詳細解讀鈷酸鋰電池熱失控全過程!

2021-02-13 洲際鋰電

鋰離子電池熱失控會嚴重的威脅使用者的生命和財產安全，引起鋰離子電池熱失控的原因很多，例如機械濫用、電濫用和熱濫用等，其中電濫用是最為常見的導致鋰離子電池熱失控的原因，例如在低溫下為鋰離子電池充電，過度充電都會引起金屬Li在負極表面析出，嚴重的情況下會生長為鋰枝晶，穿透隔膜引起正負極短路，導致熱失控的發生。LCO材料理論容量為274mAh/g左右，通常為了保持LCO材料結構的穩定性，我們一般會將充電電壓設定在4.2V左右，在發生過充時LCO材料的電壓會進一步提高，從而導致過量的Li從LCO材料中脫出，例如充電到4.6V時LCO材料的脫Li量可達220mAh/g以上，這不僅僅會導致負極析Li，還會引起LCO材料的不可逆相變。

倫敦大學學院的DonalP.Finegan等人對在過充導致的鋰離子電池熱失控中LCO材料材料結構和形貌的變化進行了研究，高溫下LCO會與電解液分解產生大量的氣體，引起電芯結構的變形，同時分解反應還會導致LCO材料顆粒的破碎，引起新的界面漏出，加劇分解反應。

實驗中採用的鋰離子電池為Turnigynanotech的160mAh軟包鋰離子電池，其正極材料LCO材料，負極採用石墨材料，實驗過充中採用3A的電流對電池進行持續的過充，一直到電池發生熱失控。下圖b為該電池在持續過充過程中電池表面溫度和電壓變化的曲線，從圖中能夠看到在前110s過程中電池溫度緩慢的從20℃升高到40℃，隨後電池的電壓曲線出現了一個平臺，在120s後，電池的電壓開始再次快速上升，同時伴隨著電池的溫度的快速上升。在180s後電池的電壓也是出現了一個階躍，直接升高到設備的最高電壓，在這一過程中電池的溫度也短時間內大幅升高，達到熱成像相機的最高溫度以上，電池發生熱失控。

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