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比亚迪刘卫平:三元锂离子电池的安全性研究

作者: 文/协会秘书处 来源: 时间:2020-01-02

[摘要]刘卫平表示:“通过对电池针刺过程的研究,分析针刺过程中热失控发生机理和影响因素,是提高锂离子电池安全性的一个重要方向。”

伴随着汽车新四化的发展,高容量、低成本、长寿命、安全环保的锂离子电池成为新能源汽车动力电池的首选。然而,锂离子电池主要由活性电极材料和易燃电解液组成,在滥用条件下极易引发电池自放热引发热失控,从而酿成安全事故,严重危害用户的生命财产安全,因此如何保证锂离子电池安全使用成为了电池研究中的热点问题。


12月27日-28日,“广东省电池行业协会2019年会员大会”在东莞塘厦三正半山酒店隆重召开,大会同期举办金冠奖颁奖典礼、首届粤港澳大湾区电池产业高峰论坛。本次大会由瀚川智能总冠名,吸引包括政府领导、协会领导、电池产业链企业高层、相关媒体等超过500人的积极参与。


在12月28日上午举行的“创新材料与智能制造专场”中,比亚迪CTO刘卫平针对三元锂电池容易发生热失控这一问题,带来《三元锂离子电池的安全性研究》的主题演讲。


比亚迪CTO刘卫平


刘卫平表示:“针刺过程是使用金属针状物刺穿并贯穿电池本体,引发电池内短路,观察并测量电池的各种指标变化,包括电池是否出现冒烟、燃烧甚至爆炸等危险情况;对于针刺所引发的安全事故,具有机理不清晰和可重复性差的问题,通过对电池针刺过程的研究,分析针刺过程中热失控发生机理和影响因素,是提高锂离子电池安全性的一个重要方向。”


随后,他通过创建模型,对热失控第一阶段进行仿真,对短路深度对电池温度的影响、距短路处距离与电池温度关系、短路横截面积对电池温度的影响进行了剖析。


在对热失控第二阶段进行仿真时,从电池表面温升变化、活性材料分解与转化率、副反应中活性物质产热、热失控条件下正负极材料分解放出的热、正极分解产生的O2与易燃物反应产生的热量进行分析。


他还对热失控不同反应阶段热量进行对比。


最后,他得出结论:


1、刺穿隔膜+正极模式的短路产生的热量远高于仅刺穿隔膜产生的热量,原因是刺穿隔膜+正极模式短路的电阻更小,产生热量更多。


2、在锂离子电池针刺滥用过程中,电池短路焦耳热是热失控发生的起因,后续产生的热量主要来自电池内部活性材料在高温下的副反应所产生的热量,会使电池温度达到最高(仿真结果中出现两个波峰)。


3、一定范围内,短路横截面积越大,电阻越小,产生的短路电流越大,温度越高。


4、热失控副反应开始顺序为:SEI膜分解→负极材料与电解液反应→正极材料与电解液反应→电解液反应,且很多副反应区间存在重叠,同时发生。

 

 

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