鉅大LARGE | 點擊量：999次 | 2021年04月21日
詳解基于無損檢測的生命周期鋰離子動力鋰電池安全性分析
鋰離子電池具有比能量高、比功率大、使用壽命長、工作范圍寬、無污染、價格便宜、自放電小等優點，已經廣泛應用于儲能電站、空間技術、電動汽車等領域。特別是在國家的政策支持下，新能源技術快速發展，動力鋰電池作為電動汽車的核心部件越來越受到人們的關注，其直接決定了新能源電動汽車性能的優劣，因而現今對鋰離子動力鋰電池性能與安全的要求越來越高。然而，鋰離子電池的安全性問題一直是遏制電動汽車產業發展和推廣的關鍵因素之一，尤其近年來由于熱失控引起的鋰離子電池起火爆炸事件極大影響了用戶的信心。安全性問題將很大程度上影響鋰離子電池的使用壽命,不利于鋰離子電池更加廣泛的應用前景，此問題也是限制當前鋰離子電池在高能量大功率領域應用的關鍵性因素，所以很有必要對鋰離子動力鋰電池進行更加完善的性能和安全性測試。
創新點及解決的問題
通過充放電循環試驗，對電池的壽命衰減進行測試分析，并基于X-ray無損技術分析以不同倍率大小電流充放電循環后三元鋰離子動力鋰電池的安全失效程度，為研究鋰離子動力鋰電池的安全性問題供應新方法，也為高性能電池及系統的安全防護分析與評價和相關的功能與性能改善供應了必要的技術支持。
重點內容導讀
1.1試驗對象
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1.2充放電循環試驗過程
1.3無損檢測設備及原理
選取車用三元材料圓柱型鋰離子動力鋰電池作為試驗樣品，對其進行充放電循環測試。測試結果表明，500次充放電循環后，采用1C放電的容量保持率小于采用(1/3)C放電的容量保持率，通過1C放電的電池內阻新增量比通過(1/3)C放電的電池內阻新增量更大，基于此可以得知通過1C放電的電池循環壽命比通過(1/3)C放電的電池循環壽命衰減更明顯，說明大倍率電流作為重要的影響因素會加快電池循環壽命衰減的速度。
電池的循環壽命是衡量鋰離子動力鋰電池性能的重要指標因素之一，很大程度上決定了電動汽車的安全性。電動汽車長時間運行的同時，作為其核心部件的動力鋰電池也在不斷經歷充放電循環的過程。利用X-ray無損測試方法，針對三元材料圓柱型鋰離子動力鋰電池經過大倍率電流充放電循環后所造成的壽命衰減程度進行研究。測試分析表明，車用三元動力鋰電池經歷持續的充放電循環后，其內部結構發生較大變化，電池極片出現不同程度的褶皺情況，電池性能有著不同程度的下降，造成電池的使用壽命出現不同幅度的衰減，電池安全性的不斷降低會在很大程度上影響電動汽車運行使用的整體安全性狀況。同時，通過對電池褶皺缺陷寬的數值比較變化和其內部結構的分析可以表明，充放電電流倍率越大，循環后電池極片褶皺缺陷的程度更大，電池的壽命衰減及老化速度更快，以致相應的安全失效的程度更大。
特別針對高能量大功率電池的應用方面，如何預測電池安全失效的程度并且防止其使用壽命的縮短對相應的動力鋰電池系統乃至電動汽車的性能和安全的改進與提升都具有重要意義。本文提出了具有良好應用前景的X-ray無損測試技術，X-ray無損技術是最有效的測試物體內部結構的方法之一，利用此技術可以獲取電池內部的三維結構信息，實現電池內部各個方向的斷層重構成像，由此可以觀察電池內部損傷的情況，可用于分析不同類型的鋰離子電池的安全性和電池發生故障的根本原因。本文基于此技術分析了三元鋰離子動力鋰電池壽命衰減程度及其內部結構的變化，為研究電池壽命衰減及安全失效的誘發原因供應了新方法，也為高性能電池及系統的安全防護分析與評價和相關的功能與性能改善供應了必要的技術支持。
后續還要更大管電壓和更高分辨率的X-ray無損儀器設備進行更加清晰完善的測試分析，設計更加完整的有關鋰離子動力鋰電池生命周期內安全失效程度研究分析的模式。
團隊介紹
我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊是國家863電動汽車重大專項動力鋰電池測試中心，國家儲能及動力鋰電池質量監督檢驗中心，已占領新能源汽車動力鋰電池行業制高點。我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊作為國家863電動汽車重大專項動力鋰電池測試基地，從2001年先后承擔動力鋰電池測試基地建設、動力鋰電池測試評價技術研究以及動力鋰電池共性技術研究等7個863課題；制定鋰離子電池、鎳氫電池、電容器、電池管理系統等國家標準和行業標準10余個；同時，團隊累計為國內外動力鋰電池公司出具動力鋰電池強制性檢測報告超過2000份，以標準引領、質量把關見證和促進了我國動力鋰電池技術水平的快速發展和提升。
隨著針對鋰離子動力鋰電池安全性測試研究的不斷深入，我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊關于鋰離子動力鋰電池的熱失控機理及安全防護功能開展了大量研究工作。除了自身的不斷研究之外，我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊還積極與高校、公司聯合研究相關課題，尋求搭建更完善的鋰離子動力鋰電池安全失效測試分析與評價的流程和模式。
