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金屬污染物對電芯安全存在哪方面的影響?

geQw_gh_a6b9141 ? 來源:未知 ? 作者:胡薇 ? 2018-07-13 16:12 ? 次閱讀

本文做了一個1.4Ah的多層軟包樣本做的實驗,來驗證金屬污染物對電芯安全性的影響。

研究問題定義和實驗驗證

在使用過程中由于可能形成內部短路,鋰離子電池中的金屬顆粒可能會帶來安全風險。不同的外部濫用實驗與真實的金屬顆粒殘留可能存在差異性的問題,所以想要評估金屬顆粒如何導致電池短路需要解決以下的問題:

1)短路的嚴重程度是否取決于電池內顆粒的位置?

2)短路的嚴重程度是否取決于顆粒的大小?(隔膜穿透與枝晶形成,引發的四種不同的內短路形式)

▲不同內短路形式下的產熱功率和曲線

在不同的粒徑下,如何檢測到金屬顆粒引起的影響,并在制造過程中拒絕電池?

3)內短路的嚴重程度是否隨循環或存儲而增加?

實驗的方法

測試1:500-700μm鐵顆粒(易于處理)

測試2:50-150μm鐵顆粒(已知金屬污染物最小尺寸)

檢測方法和測試

● 電極堆組裝后的Hi-Pot測試

這個實驗有置信度的問題,較大顆粒是能給檢測出來的,在陰極表面上才會讓測試結果有差異

● 自放電(Delta-OCV)在老化過程中檢查(50%SOC,35oC下7天)

●循環壽命測試(100%DOD,1C/1C速率,電芯加壓下做35oC)

不同循環下的實驗結果,在正極中心處最為明顯,使得容量的衰減要更快一些。

▲較大尺寸的金屬顆粒

▲較小尺寸的金屬顆粒

● 儲存測試(在35oC加壓下100%SOC)

采用自放電測試,在正極極片上的金屬顆粒會產生較大的電壓降,實際顆粒對于存儲容量衰減差異并不大。

在經歷過循環和存儲以后,電芯的自放電速度還是要更快。

● 我們檢出來自放電大的電芯,其金屬污染物在陰極中心的比較明顯,這個循環壽命在后面會明顯加速跳下來

小電池實驗結論:

● 即使是遠大于隔膜厚度(20-28倍)的顆粒也不會產生內部短路,實驗條件為加壓下下循環

● 陽極的金屬顆粒不會導致內部電池短路

● 只有初始位于陰極上的金屬顆粒,如果尺寸和質量足夠,會導致內部電池短路

● 在制造商的老化/存儲工藝步驟中,可通過自放電和容量損失檢測到大的金屬顆粒

● 100μm以下的顆粒影響有限,而150μm附近的顆粒確實會導致電芯循環壽命失效

一些想法:在沒有外部濫用的條件下,如果在制程過程中有金屬顆粒帶來結果是可控的,用循環和日歷存儲實驗的結果還可以,電芯沒有出現安全性的問題。還有就是自放電實驗,還是我們檢測新電芯最有效的手段,能夠把后期跳水的電芯有效的檢測出來。

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原文標題:【捷創嘉?總工札記】金屬污染物對電芯安全的影響

文章出處:【微信號:gh_a6b91417f850,微信公眾號:高工鋰電技術與應用】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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