作品起原：（1中国电力科学琢磨院有限公司新能源与储能运转节制国家要点尝试室；2北京理工大学；3国网安徽省电力有限公司） 过充电是触发锂离子电池热失控进而发作平安题目的重要诱因之一，近年来国表里学者对锂离子电池的过充平安性举行了豪爽的尝试琢磨 。

作品起原：（1中国电力科学琢磨院有限公司新能源与储能运转节制国家要点尝试室；2北京理工大学；3国网安徽省电力有限公司）

过充电是触发锂离子电池热失控进而发作平安题目的重要诱因之一，近年来国表里学者对锂离子电池的过充平安性举行了豪爽的尝试琢磨。

大无数琢磨对象重要为新能源汽车用动力电池及模块，对待能量型锂离子电池的热失控琢磨相对较少。本文针对60Ah磷酸铁锂电池以及电池组举行过充电尝试，琢磨能量型磷酸铁锂电池正在过充前提下的热失控特质以及电池的热失控扩展举动。

试验对象为能量型60Ah方壳磷酸铁锂电池，电池的正极原料为LiFePO4，负极为石墨，电解液重要因素为碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯。采用两种过充电尝试计划，辞别为单体电池正在0.5C、1C、2C倍率前提下的过充电尝试，以及电池组正在0.5C、1C、2C倍率前提下的过充电尝试，电池组的过充电尝试中，仅对最外侧电池举行过充，宗旨是窥探电池与电池之间的热失控扩散举动。过充尝试中所用电池组为4个满电态的单体电池构成，电池之间无串并联闭联。如图1所示，将4个单体电池辞别标志为1#、2#、3#、4#。过充电池组尝试中均只对1#电池举行过充，如图1（a）所示。正在对电池组的过充尝试中，采用5个热电偶监测电池外貌温度，热电偶辞别位于4个单体电池的最大外貌中央，如图1（b）所示。

图2闪现了单体电池以及电池组过充尝试装备。一切测试装备席卷数据记实仪、录像机以及直流充电机。一切过充测试正在绽放情况下举行，测试前的通盘电池均为满电形态。采用数据记实仪记实电池正在一切过充时刻的电压与温度数据，采用录像机记实一切热失控演化经过。正在过充尝试中，充电机的最高电压均筑树为35V，当电压到达35V后，充电机将由恒流充电形式主动转换为恒压充电形式，当电池发作热失控时，手动截至充电。为了确定电池热失控后喷射的烟气是否可燃，采用脉冲焚烧器对烟气举行焚烧，脉冲焚烧器位于电池平安阀上方20cm处。

正在0.5C、1C、2C三种倍率过充前提下，尝试用的锂离子电池均发作热失控。正在热失控时刻，豪爽烟气从平安阀喷射而出，但电池并没有着火。为了确定电池喷射出的烟气是否可燃，正在电池烟气喷射经过中，采用脉冲焚烧器正在烟气喷射区域连续举行焚烧作为，自电池烟气喷射开头3min后烟气被引燃，如图3所示，这注解电池热失控时刻喷射的烟气，正在本身无明火但外界有电火花的情景下是或许被引燃的。

图4闪现了0.5C、1C、2C倍率过充时，电池电压以及外貌温度随过充时辰的变更。按照电池的电压和温度变更，将电池的过充经过分为四个阶段，辞别为阶段Ⅰ-Ⅳ。以1C过充仔细会商锂离子电池的过充致热失控经过。

阶段Ⅰ：电池电压与温度平缓上升阶段。电池电压平缓升至5.59V（V1），同时电池外貌温度平缓升至84℃（T1）。正在此阶段，电池内部逐步一系列副响应，例如正在电压赶过4.7V时电解液发作氧化响应，当温度到达约80℃旁边时，SEI膜便会发作认识。这些副响应发作的热量以及过充电时的欧姆热使电池温度加快升高。同时，副响应发作的气体使电池内部压力逐步增大，直至1130s时平安阀发作破碎。阶段Ⅱ：电池电压/温度迅疾上升阶段。正在此阶段，电池电压由5.59V（V1）升至40V，同时温度上升至103℃（T2），均匀温升速度到达12.8℃/min。电压骤升证据电池内部阻抗快速升高，由此发作的焦耳热也相应缓慢加众，进一步加疾电池内部的副响应速率。阶段Ⅲ：电池电压降为0V、温度二次平缓上升阶段。电池外貌温度由103℃（T2）平缓升至127℃（T3）。当电池电压到达筑树的最高电压，恒流充电变动为恒压充电。与阶段Ⅱ比拟，因为电流的减小，焦耳热明显消浸，进一步导致副响应速度有所低落，温升速度消浸。其它，电池电压正在此阶段骤降至约0V，证据电池隔阂损坏，电池发作内部短道。阶段Ⅳ：电池温度骤升与降温阶段。电池发作热失控，电池外貌温度缓慢上升，由127℃（T3）升至495℃（Tmax），同时电池喷射出豪爽可燃烟气。烟气的散出带走豪爽的热量，电池内部副响应速度逐步消浸，产热量低于情况散热量，电池温度逐步低落。

t1、t2、t3辞别为图1中区别温度特质点T1、T2、T3对应的时辰，Q1、Q2、Q3辞别为对应的过充电量。跟着过充倍率的增大，各阶段的肇端时辰t1、t2、t3逐步减小，同时过充的电量Q1、Q2、Q3也逐步减小。当采用高倍率过充时，一方面因为极化导致的焦耳热更高；另一方面，过充电导致的锂枝晶正在负极外貌析出，使干系副响应不妨更激烈，导致对应阶段过充的电量逐步减小，这不妨也是T1、T2的值随过充倍率升高逐步减小的起因。V1是电池电压骤升时的拐点电压，从表1中可知过充倍率越高，极化电压越大，导致V1越高。值得留神的是，2C倍率过充时，最高温度Tmax值相对最低，这不妨是由于高倍率过充时，极化局面首要，电池电压更疾来到设定的充电最高电压值，正在这个经过中电池内部的副响应相对没有响应统统，于是响应热相对较小，导致热失控能到达的最高温度相对最低。

正在三种过充倍率下，只要最左侧的被过充电池（1#）发作热失控，喷射出豪爽烟气，其余电池均没有发作热失控。然而，正在0.5C、1C倍率过充时，紧邻最左侧的2#电池平安阀破碎，3#、4#电池壳体维系完全。对待2C倍率过充，2#、3#、4#电池壳体均维系完全，按照电池单体的热失控领悟可知，跟着过充倍率的增大，1#电池热失控经过的连续时辰明显裁汰而且热失控热量也相对消浸，导致1#电池与2#电池正在过充时刻的热调换较少，于是2C倍率过充前提下的2#电池采纳的外部热量更少，形成电池内部副响应界限偏小，发作的气体不敷以使平安阀开启。图6闪现了1C倍率过充前提下，锂离子电池组热失控经过中的电压与温度变更。从电压来看，1#电池的电压变更趋向与单体电池的热失控试验情景宛如，然而1#电池正在约1929s时展示内短道，电压降为0V，随后发作热失控，单体电池电压降为0V的时辰是1636s，这是由于电池组测试中，1#电池的热量会传导到2#电池，使本身热量裁汰，热失控的时辰有所延迟。其它电池（2#、3#、4#电池）的电压维系稳定，注解电池组中最左侧1#电池的热失控并未对这些电池发作显然的构造伤害，因此没有展示微短道的情景。从温度来看，2#电池的温升重要源自1#电池的侧向加热，T1-2和T2-3的最大值辞别到达452℃、84.4℃，存正在显然的温度梯度，逼近1#电池一侧的温度高，导致这侧部位的电池电芯副响应更宽裕，副响应的气体使电池内部压力增大，最终使2#电池平安阀破碎，然而另一侧部位的电芯因为温度较低，对电芯构造并未形成明显伤害，于是2#电池正在尝试时刻永远维系有寻常电压。3#电池、4#电池的两侧温度均低于60℃，注解1#电池热失控发作的热量并未影响到这两块电池。

针对60Ah磷酸铁锂电池以及电池组举行过充测试，琢磨了能量型磷酸铁锂电池正在过充前提下的热失控特质以及电池的热失控扩展举动，赢得结论如下：

（1）磷酸铁锂电池热失控后平安阀破碎向外喷射烟气，正在有电打火的情景下，电池烟气被引燃，这注解磷酸铁锂电池的燃烧纵使正在热失控经过中本身无明火，但还是不妨由外界情况激发。

（2）基于电池电压与外貌温度变更，电池的过充电致热失控的经过能够分为四个阶段，辞别是电池电压与温度平缓上升阶段、电池电压骤升/温度迅疾上升阶段、电池电压降为0V/温度二次平缓上升阶段，以及电池温度骤升与降温阶段。

（3）跟着过充倍率的提升，电池触发烧失控的时辰明显缩短，同时电池热失控的热效应削弱，电池热失控的最高温度显然低落。较低倍率过充电时（0.5C、1C），电池组中被过充的电池热失控并使地点最迫近的电池平安阀破碎，正在较高倍率过充电时（2C），电池组中被过充的电池热失控但其它电池完全，注解跟着过充倍率的提升，因为热失控热效应的削弱，热失控的伤害性相对消浸。

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