不同气压条件下针刺触发锂离子电池热失控及其特性研究

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cairinga
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本文以锂离子电池的广泛使用和电池的航空运输安全为背景,通过实验设计和自主搭建实验平台,针对不同环境气压下两种电池针刺触发热失控的规律展开研究,可以为航空运输锂离子电池过程中的安全防护做进一步的理论支持。本文实验设置了4个荷电状态分别为100%SOC、75%SOC、50%SOC和25%SOC,5个气压分别为90 k Pa、80 k Pa、70 k Pa、60 k Pa、40 k Pa,通过对18650型锂离子电池和软包型锂离子电池,在4个SOC下,进行5个不同气压下的针刺触发热失控实验。分析了18650型锂离子电池和软包型锂离子电池在不同气压下针刺触发热失控的特性。研究所得结论如下:18650型锂离子电池在针刺实验中,(1)随SOC的降低,电池发生热失控阶段的燃烧时长增加,峰值温度也相应升高,当SOC降低至25%时,表面峰值温度降低了260℃,针刺触发热失控的危险性减小。(2)随环境气压降低,针刺触发热失控的火星喷射行为提前,燃烧时长减少,电池表面峰值温度降低,针刺触发热失控的危险性降低。气压从90 k Pa降低至40 k Pa时,表面峰值温度在100%SOC工况下降幅最大,约80℃,对热失控的抑制效果最明显。(3)当SOC较高时(100%SOC、75%SOC),电压骤降点受环境气压影响较小;当SOC较低时(50%SOC、25%SOC),电池的副反应放热速率受氧浓度影响,气压降低时电池会更晚发生大面积内短路;在25%SOC下,气压从90 k Pa降低至40 k Pa,电压发生骤降的针刺深度点延后了3 mm。软包型锂离子电池在针刺实验中,(1)随SOC降低,热失控过程中的燃烧时间减少,表面峰值温度降低,当SOC降低至25%时,表面峰值温度降低了340℃。(2)在SOC较高(100%SOC、75%SOC)时,随环境气压降低,电池易发生燃爆,表面峰值温度呈现上升的趋势,电池电压开始下降的时间点提前,内短路时间点提前,热失控危险性增大;在SOC较低时(50%SOC、25%SOC),随环境气压降低,电池表面峰值温度显著降低,环境气压降低会导致电池副反应升温较慢,隔膜更晚达到失效温度,发生大面积内短路的时间点延迟,热失控危险性减小。(3)与18650型锂离子电池进行对比,软包型电池在实验中表面峰值温度较低,受氧浓度和压差影响更显著。
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