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國軒高科38Ah電芯熱失控測試
2020-10-15 22:14:56· 來源：知化汽車
在大多數涉及到自燃的事故中，為了安全起見，整車都會對充電的SOC進行限制。可見SOC對于發(fā)生熱失控有很大的影響。對于不做電芯的朋友來說，可能理解電芯的熱失控
在大多數涉及到自燃的事故中，為了安全起見，整車都會對充電的SOC進行限制?？梢奡OC對于發(fā)生熱失控有很大的影響。
對于不做電芯的朋友來說，可能理解電芯的熱失控或SOC的影響不那么感性，這里我們就通過一個38Ah電芯的熱失控測試來通俗地了解下整個熱失控過程，以及熱失控過程中關鍵溫度參數，SOC的影響。
這個案例來自于國軒對外公開發(fā)表的論壇研究，所用的電芯參數如下：
- 正極：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
- 充放電窗口：3.0V~4.2V
- 熱電歐布置在電芯大面的中央位置
1、100%SOC電芯熱失控
對照上圖，可以看出：100% SOC時，Tonset 是76 °C，TTR的溫度是188 °C，Tmax的溫度是417°C，從下圖可以看出，溫度從135°C時，開始迅速升高，同時電壓降為0V（這主要是短路保護裝置SSD起作用了）。（注：這里Tonset指溫度的升率開始大于0.02°C/分鐘；TTR指溫度升率大于10 °C/分鐘）
大約在154°C時，溫度驟降，這是由于SSD打開，電解液噴出帶走部分熱量；大約到了188°C時，溫升速度達到10°C/分鐘，電芯進入到熱失控狀態(tài)。整個熱失控過程釋放的熱量為314.3千焦。
2、不同SOC的影響：
可以看出，只有當SOC達到35%之上，電芯才能發(fā)生熱失控；隨著SOC的增加，Tonset和TTR會降低，這論證了高SOC更容易發(fā)生熱失控；同時，Tmax將變得更大，這說明高SOC的熱失控會更劇烈。
SOC對電芯熱失控劇烈程度的影響，還可以從熱失控造成的電芯殼體結構膨脹率來看。從0%SOC 到100% SOC，電芯殼體膨脹的比例為91.28%~117.19%。這個過程中，由于有SSD的存在，所以，所有的測試電芯均沒有發(fā)生殼體破裂。
從熱失控后，不同SOC下電芯的拆解分析來看，如下圖，對于100% SOC，可以看到電極基本被燒成粉，只剩下銅集流體；50% SOC條件下，隔膜基本被融化，但電極還相對完好；在0% SOC條件下，能夠看到整個電芯還沒有受到很大的破壞，電芯的原貌仍能看得出。
3、熱失控過程概括
回頭來總結下滿充條件下38Ah的整個熱失控過程：
（1） 在大約80 °C的時候，一些副反應和一些鋰化合物開始分解，釋放大量的熱，開始啟動電芯的放熱過程；
（2） 在達到100°C后，SEI膜開始解體，電解液和石墨負極發(fā)生反應，電芯溫度增加；同時，產生一些可燃氣體，致使電芯鼓脹；電解液在正極氧化，進一步產生大量的熱和氣體；
（3） 當溫度超過130°C時，隔離膜發(fā)生融化，正負極發(fā)生短路，產熱劇增，電芯溫度進一步升高；
（4） 當溫度達到154°C時，電芯的安全防護閥SSD打開，電解液等被噴射出來，電芯溫度出現(xiàn)快速下降；
（5） 當溫度超過180°C時，電解液、正負極等發(fā)生劇烈的反應，電芯溫度急劇升高，呈指數式增長，電芯進入到熱失控狀態(tài)。
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