第一作家：C. Essl通信作家：C. Essl通信单元：奥地利格拉茨虚拟车辆探究有限公司下降电动汽车(EV)和消费电子产物中锂离子电池(LIB)热失控（TR）危急尽头要紧。

下降电动汽车(EV)和消费电子产物中锂离子电池(LIB)热失控（TR）危急尽头要紧。由于这大概会导致高温以至爆炸，主要影响电池安然性。固然目前有许众文献对电池的TR举办了深远探究，但短少对电池中诱发TR的起因举办斗劲。另外，目前公然的文献中尚未周密斗劲TR流程中的放热行动、产胸宇和气体因素，以及差异电池计划对失效行动的影响。

即日, 奥地利格拉茨虚拟车辆探究有限公司的C. Essl等人核心探究了由过热、过充和针刺激发的热失控(TR)。探究的电池类型是汽车上的

。结果分为三类举办商议：放热行动、产胸宇和气体因素。探究结果对付异日斥地电池测试方法和拟定干系法例具有要紧价钱。干系探究成就以“Comparing Different Thermal Runaway Triggers for Two Automotive Lithium-Ion Battery Cell Types”为题宣告正在国际出名期刊Journal of The Electrochemical Society上。

总共对单个EV电池举办了12次TR实行。电池♯1和电池♯2判袂代表软包电池和硬壳方形电池。

过热：从电池的两个侧面匀称加热迫使电池♯1正在(121±1) ℃和电池♯2正在(138±1) ℃举办第一次排气。正在第一次排气和延续加热后，电池♯1的TR临界温度抵达（206±1）℃，电池♯2的临界温度抵达（192±1）℃。抵达临界温度评释电池内部首先放热，这会加快电池的自放热并导致TR。过充：电池♯1以1 C充电至(146±1)% SOC并正在电压全部消重之前以(4.93±0.03) V恒压充电而发作TR。电池♯2正在抵达（147±1）％SOC后以 (4.85±0.09) V 恒压充电。正在过充中检测到两次排气：正在第二次排气首先前，软包电池排气240秒，硬壳方形电池排气50秒。针刺：将钉子插入电池8 mm后，♯1和♯2电池登时被触发TR，电压降至零。正在针刺处可睹到火花。图2显示了电池外面、排气口地位和反响器内部的温度。电池第一次排气时，两种电池的温度和反响器压力均有小幅扩展。

图 2、电池♯1和♯2的(a)(d)过热、(b)(e)过充和(c)(f)针刺实行温度斗劲。图2a和5d显示，因为样品两侧匀称加热，电池外面温度无间升高。两种电池的最高温度雷同。电池♯1抵达584℃，比电池外面的温度低。这是因为软包启齿酿成的。比拟之下，电池♯2超越1200℃。图2b显示，电池♯1和电池♯2判袂正在(56±1) ℃和(66±9) ℃发作第一次排气。第一次排气时温度小幅扩展。这评释电池♯2可能秉承比软包更高的内压。电池♯1和电池♯2判袂正在(82±17) ℃和(96±4) ℃发作第二次排气。与过热比拟，正在过充时，因为正极和负极侧镀锂不稳固，二次排气的温度会下降。电池♯1和电池♯2的最高温度判袂为(906±146) ℃和(579±139) ℃。图2c显示，针刺刚首先便发作了第一次排气，两种电池正在针刺后登时放热，最高温度雷同。电池♯1的排气口最大温度低于电池外面最大温度。电池♯2排气口最大温度抵达1000 ℃以上。上述结果评释，与软包电池比拟，硬壳电池正在翻开之前可能秉承更高的内部压力。电池♯1的升温速度比♯2更慢。这大概是由于软包箔较早地打引导致。对付硬壳电池，正在全豹三种触发类型中排气温度最大值都高于软包状电池。这是由于与软包电池比拟，硬壳电池可能更容易地丈量排气温度，由于软包可能正在焊接侧翻开，导致漏气。只管如斯，针刺实行评释，软包电池的排气温度也可能抵达1000℃以上。两种电池的外面最高温度没有显着分歧。不过均匀温度电池♯1比电池♯2更高，特别是正在过宽裕行中。这大概是电池♯1的能量密度高于♯2导致。反响器内的压力正在第一次排气和电池翻开后从容扩展，最终正在TR之前出现0.15 mol气体。络续的压力扩展是因为电解液从电池中无间蒸发所致。正在TR反响时刻，两种电池都开释了豪爽气体，反响器内的压力正在几秒钟内扩展到最大，如图3a所示。电池♯1的TR时刻的排气络续时期为（3.5±0.1）s。电池♯2比♯1开释气体的时期更短(2.0±0.1) s。于是，电池♯2的排气率更高。正在过热实行中，电池♯1总共出现(1.56±0.04)l Ah气体，电池♯2出现了(1.56±0.05)l Ah气体。

图 3、电池♯1和♯2正在(a)(d)过热、(b)(e)过充和(c)(f)针刺实行时刻的反响器内压。两种电池的第一次排气都排了0.13 mol气体。正在TR反响时刻，两种电池都开释了豪爽气体，反响器内压扩展到最大值，如图3b所示。电池♯1正在TR时刻的排气络续时期为（5.2±0.8）s，排气速度为（47±4）l s。电池♯2正在TR时刻气体开释了(1.1±0.1) s，排气速度为(250±56)l s。电池类型♯1和♯2正在过充时刻出现的气体总量彰着众于正在过热时刻出现的气体总量。电池♯1开释(2.79±0.02)l Ah，电池♯2开释(2.65±0.06)l Ah。两种电池正在针刺后登时开释豪爽气体。对付电池♯1和电池♯2，反响器内压扩展到最大值。电池♯1TR时刻的排气络续时期为（3.1±0.9）s，这比正在过热或过充时更速。电池♯1正在针刺中的排气速度是(182±65)l s。电池♯2的行动与软包电池差异，正在TR时刻气体开释必要(11.5±2.5)秒。正在图3f中，可能看到反响器内压逐渐扩展。电池♯2正在针刺中的排气速度为(140±76)l s。电池♯1产胸宇为(1.71±0.07)l Ah，电池♯2为(1.77±0.03)l Ah。正在针刺激发的TR中，产气比过充激发的TR少，但比过热激发的TR产气众（图4b和4f）。

图 4、电池♯1和♯2的过热、过充和针刺TR实行干系参数的斗劲：（a）电池TR实行时刻的外面最高温度；(b)每Ah产胸宇；(c)出现50%气体的最小排气络续时期和(d)正在全部实行流程中电池质地的总耗损。正在电池♯1的过热和过宽裕行中TR络续时期（TR时刻的压力扩展）比电池♯2长。正在图3e中，正在电池♯2过充时刻反响器内压扩展。对付硬壳电池，压力扩展不像软包电池那样安稳，正在抵达最大压力之前可能看到两个峰值。对付图3f中的硬壳电池针刺实行，可能更了然地看到两个峰。对付两种电池类型，每Ah的排胸宇都尽头雷同。两种电池有都具有相仿的容量(Ah)和雷同的正负极化学因素，但电解质因素差异。于是，电解质构成不会影响产胸宇。两种电池正在TR时刻出现50%排胸宇的最短络续时期差异（图4c和4g）。对付电池♯1，50%排气时期高于电池♯2，极端是正在过热和过充电时。另外，电池♯1正在过热和过充的TR 时刻排气络续时期比硬壳电池长。这也导致电池♯1正在TR时刻具有较低的排气速度和较弱压力峰值。于是，电池和排气计划以及活性质料层的包装如同会影响TR的反适时间，从而影响安然干系参数。

电池♯1的首要气体因素：30% CO2、26% CO、15% H2、10% C2H4、5% CH4、4% H2O、3% EMC和1%以下的C4H10、C2H6、C2H2。电池♯2：30% CO、21% CO2、15% H2、5% C2H4、5% CH4、4% H2O、2% DMC、2% C4H10，以及更低的1% EMC、C2H6、C2H2, C6H14。除了比过热更众的气体外，两种电池正在过充时都出现了更众的CO和H2，以及稍高的CO2和CH4。电池♯1正在过充时出现的CO((2.27±0.05) mol)和H2((1.77±0.03) mol)是过热和针刺时的两倍。与过热比拟，电池♯2正在过宽裕行中还出现了1.6倍的CO((1.93±0.06) mol)和2.8倍的H2((1.71±0.04) mol)。CO和CO2首要正在正极侧出现，负极侧首要因素是H2，并丈量到少量CH4、C2H4、C2H6、CO和CO2。

两种电池针刺后出现的CO体积百分比最低，而C2H4值则是最高。H2值低于过充电，但高于过热。与过热比拟，电池♯2的CO2扩展。正在反复实行中丈量的气体因素高度相仿，而且对付大大批气体因素，差错低于3%。

对付两种电池，城市出现豪爽的CO，特别是正在过热和过宽裕行中。正在过宽裕行中，CO量高于CO2量。CO2:CO比小于1大概是由于两种电池的能量密度较高导致。气体因素随电解质因素的差异而转移。两种电池的活性质料尽头雷同，但行使了差异的电解质。正在电池♯1中，首要电解质因素是EC:EMC(1:1)，而电池♯2为EC:DMC:EMC(2:3:3)。对付电池♯1，电解质蒸汽为EMC，但没有监测到EC。这大概是因为EC个人认识和个人冷凝正在TR反响器内，由于EC的沸点高于反响器内的气体温度。对付电池♯2，可能监测到DMC和EMC。电池♯1正在三种触发条目下出现更高的C2H4浓度，而且CO2值也高于电池♯2。这大概与电池♯1中EC量更高干系。

正在全部TR实行中，电池♯1中过热触发的TR耗损了(56±1)%的初始重量，电池♯2为(47±1)%。与过热比拟，过充的电池质地耗损彰着更高。正在针刺TR中，两种电池的质地耗损最低。

总的来说，电池♯1比电池♯2耗损的质地更众。差异的外壳和差异的能量密度会影响质地耗损。对付电池♯2，金属外壳的质地比铝箔的质地大，有助于精准丈量重量转移。除了外壳，软包电池♯1大概比硬壳电池♯2耗损更众的质地，由于电池♯1具有更高的能量密度。

斗劲三种差异的触发办法：过充触发的TR比过热和针刺更主要，导致更众排胸宇、更高的质地耗损和更众的易燃气体。过温TR的排气速度低于过充或针刺。对付电池♯1TR时刻排气的络续时期，正在针刺时最短，正在过充时最长。过充时测得的H2和CO值最高，而正在过热时的H2值最低。

斗劲两种差异的电池：电池♯1的升温速度比♯2更慢，除针刺外，电池♯1的TR络续时期比电池♯2长。对付电池♯2，50%排气时期比电池♯1要短，TR时刻出现的首要气体相仿且数目雷同，但实在的气体因素因电解质因素差异而异。

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