UniversityofScienceandTechnologyofChina1958鋰離子電池微過充老化與安全性關(guān)系研究1 UniversityofScience UniversityofScienceandTechnologyofChina內(nèi)容提要研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究結(jié)論與展望 2 University UniversityofScienceandTechnologyofChina研究背景鋰離子電池應(yīng)用場景火災隱患3研究背景研究背景l(fā)鋰離子電池火災爆炸事故手機鋰離子電池爆炸電動工具鋰離子電池爆炸電動汽車起火飛機用鋰離子電池起火 UniversityofScienceandTechnologyofChina UniversityofScienceandTechnologyofChina2021年，充電過程中發(fā)生事故占47%，73儲能集裝箱起火儲能電站火災/爆炸起事故中有62起（全年）4 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina研究背景l(fā)鋰離子電池微過充微過充：在常溫條件下，一次過充至一定電壓，鋰離子電池不失控也不失效鋰離子電池微過充加速SEI膜生長、鋰沉積生成、破壞正極材料結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生氣體，會不會對鋰離子電池安全性造成影響？5 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina內(nèi)容提要研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究結(jié)論與展望 6實驗方法實驗方法UniversityUniversityofScienceandTechnologyofChina阻抗增加容量衰減阻抗增加容量衰減SEI鋰金屬沉積粒子破裂鋰離子損失活性鋰離子損失活性材料損失導電損失微過充老化及熱穩(wěn)定性鋰金屬沉積熱穩(wěn)定性降低鋰金屬沉積CT測試(宏觀CT測試(宏觀容量變化容量變化阻抗變化充放電曲線歐姆產(chǎn)熱分析副反應(yīng)產(chǎn)熱分歐姆產(chǎn)熱分析副反應(yīng)產(chǎn)熱分析可逆反應(yīng)產(chǎn)熱分析EDSEDS測試（表7絕熱條件下微過充循環(huán)熱失控7 University UniversityofScienceandTechnologyofChina實驗儀器電化學工作站充放電循環(huán)儀電焊機加速量熱儀（ARC）電化學工作站充放電循環(huán)儀電焊機工業(yè)CTSEM掃描電鏡Vigor手套箱高溫箱8 UniversityofScience UniversityofScienceandTechnologyofChina研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究內(nèi)容提要1.鋰離子電池不同電壓一次微過充老化 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究實驗布置情況l樣品電池：三元NCM/石墨18650電池，額定容量2.5Ah；l實驗目的：不同電壓一次微過充對鋰離子電池老化的影響；l實驗方法：測試容量和電化學阻抗譜后進行一次微過充，并 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究l不同電壓一次微過充容量及過充后老化結(jié)果不同電壓一次微過充電壓-容量曲線不同電壓一次微過后老化曲線鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究 UniversityofScienceandTechnologyofChinal不同電壓一次微過充老化機理導電（歐姆阻抗）變化電化學阻抗譜與等效電路模型鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究 UniversityofScienceandTechnologyofChinal不同電壓一次微過充老化機理活性材料損失總阻抗增加活性材料損失總阻抗增加裂紋新電池正極;4.6V微過充后的正極4.9V微過充后的正極片狀結(jié)構(gòu)清晰糊狀物質(zhì)包覆糊狀物質(zhì)增多新電池負極4.6V微過充后的負極4.9V微過充后的負極不同電壓一次微過充后不同老化機理對老化的貢獻不同電壓一次微過充后電極材料表面形貌變化 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究2.不同電壓一次微過充后鋰離子電池熱穩(wěn)定性影響實驗布置情況EV-ARC參數(shù)設(shè)定序號參數(shù)設(shè)定1起始溫度40oC2截止溫度450oC3溫升步長oC4溫升靈敏度0.02oC/min5等待時間6計算溫度步長0.2oC/min7冷卻溫度25oC8安全壓力200barl樣品電池：三元NCM/石墨18650電池，額定容量2.5Ah；l實驗目的：不同電壓一次微過充對鋰離子電池熱穩(wěn)定性的影響；l實驗方法：將電池在不同電壓一次微過充后進行ARC測試。 UniversityofScienceandTechnologyofChinal不同電壓一次微過充后鋰離子電池熱穩(wěn)定性變化結(jié)果熱失控溫度熱失控溫度熱失控起始溫度不同電壓一次微過充后熱失控特征溫度鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究l不同電壓一次微過充后鋰離子電池熱穩(wěn)定性變化結(jié)果 UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究反應(yīng)動力學參數(shù)擬合不同電壓一次微過充后活化能 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina內(nèi)容提要研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究結(jié)論與展望鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究 UniversityofScienceandTechnologyofChina1.鋰離子電池微過充循環(huán)老化實驗布置情況l樣品電池：三元NCM/石墨18650電池，額定容量2Ah；l實驗目的：微過充循環(huán)對鋰離子電池老化的影響；l參數(shù)設(shè)置：4.5V循環(huán)，分別循環(huán)至90%SOH、80%SOH、70%SOH；l實驗方法：測試容量和電化學阻抗譜后進行微過充循環(huán)，使用電化學阻鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究 UniversityofScienceandTechnologyofChinal4.5V微過充循環(huán)后老化結(jié)果4.5V微過充循環(huán)老化曲線4.5V微過充電壓-容量曲線4.5V微過充循環(huán)老化曲線4.5V微過充電壓SOC為118%；4.5V微過充循環(huán)加速了鋰離子電池老化，電池正常使用一般可使用數(shù)千次，而4.5V微過充循環(huán)到達壽命終點最多循環(huán)45次。鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究 UniversityofScienceandTechnologyofChina新峰出現(xiàn)l4.5V微過充循環(huán)后老化機理新峰出現(xiàn)總的老化機理峰值降低總的老化機理峰值降低活性材料損失活性材料損失鋰離子損失鋰離子損失曲線右移3#鋰離子電池IC曲線4.5V微過充循環(huán)老化機理對老化的貢獻新電池容量IC3#鋰離子電池IC曲線 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究2.微過充循環(huán)不同SOH鋰離子電池熱穩(wěn)定性變化實驗布置情況EV-ARC參數(shù)設(shè)定序號參數(shù)設(shè)定1起始溫度40oC2截止溫度450oC3溫升步長oC4溫升靈敏度0.02oC/min5等待時間6計算溫度步長0.2oC/min7冷卻溫度25oC8安全壓力200barl樣品電池：三元NCM/石墨18650電池，額定容量2Ah；l實驗目的：4.5V微過充循環(huán)至不同SOH，鋰離子電池熱穩(wěn)定性的變化；l參數(shù)設(shè)置：4.5V循環(huán)，分別循環(huán)至90%SOH、80%SOH、70%SOH；l實驗方法：將不同SOH的鋰離子電池進行ARC測試。鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究 UniversityofScienceandTechnologyofChinal4.5V微過充循環(huán)后鋰離子電池熱穩(wěn)定性變化結(jié)果熱失控溫度熱失控溫度熱失控起始溫度熱失控起始溫度電池表面溫度隨時間變化情況鋰離子電池不同SOH熱失控特征溫度不同SOH后活化能 UniversityofScience UniversityofScienceandTechnologyofChina研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究內(nèi)容提要 UniversityofScience UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究l樣品電池：三元NCM/石墨18650電池，額定容量2Ah；l實驗目的：常溫微過充循環(huán)鋰離子電池失效及行為；l參數(shù)設(shè)置：4.5V循環(huán)直至電池失效；l實驗方法：測試容量和電化學阻抗譜后進行微過充循環(huán)，使用電化學阻 鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究 University UniversityofScienceandTechnologyofChina電壓波動微過充循環(huán)失效行為失效前最后四個循環(huán)電流和電壓-時間曲線失效后再充放電電流和電壓-時間曲線l微過充循環(huán)失效機理中心斷面缺陷1,處斷面電極材料向中間凸出新電池微過充循環(huán)失效后電池缺陷1,缺陷2,新電池和失效電池工業(yè)CT測試結(jié)果缺陷1,缺陷2,缺陷2,處斷面電池卷斷裂部分電池卷完好部分 UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究 UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究 UniversityofScienceandTechnologyofChinal微過充循環(huán)失效機理裂紋片狀結(jié)構(gòu)片狀結(jié)構(gòu)破壞新電池和1#電池的的EDS測試結(jié)果(a)新電池;新電池和1#電池的的EDS測試結(jié)果(a)新電池;(b)失效電池l電池失效預警與檢測電池失效前四個循環(huán)容量增量（IC）曲線電池阻抗變化 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina內(nèi)容提要研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究結(jié)論與展望 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究1.不同電壓充滿后鋰離子電池熱穩(wěn)定性變化實驗布置情況EV-ARC參數(shù)設(shè)定序號參數(shù)設(shè)定1起始溫度40oC2截止溫度450oC3溫升步長oC4溫升靈敏度0.01oC/min5等待時間6計算溫度步長0.2oC/min7冷卻溫度25oC8安全壓力200barl樣品電池：三元NCM/石墨18650電池，額定容量2Ah；l實驗目的：不同電壓充滿后，鋰離子電池熱穩(wěn)定性的變化；l參數(shù)設(shè)置：將電池充電至4.2V、4.4V、4.6V、4.8V，進行ARC測試；l實驗方法：將不同SOC的鋰離子電池進行ARC測試。l不同電壓充滿電后熱穩(wěn)定性變化不同電壓充電曲線不同電壓充滿后熱失控特征溫度 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究不同電壓充滿電后SOC：4.2V-100%SOC、4.4V-114.04%SOC、4.6V-127.24%SOC和4.8鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究l微過充產(chǎn)熱可逆產(chǎn)熱可逆產(chǎn)熱 UniversityofScienceandTechnologyofChina鋰離子電池不同SOC下阻抗大小鋰離子電池不同鋰離子電池不同SOC下阻抗大小鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究l微過充產(chǎn)熱：一次微過充 UniversityofScienceandTechnologyofChina充電方式恒流階段溫升恒壓階段溫升放電階段溫升總溫升△T(℃)4.2V恒流恒壓充放電6.269-0.0077.3334.4V恒流恒壓充放電6.9474.6V恒流恒壓充放電20.2344.8V恒流恒壓充放電27.495-38.697截止電壓越高，微過充則升高，電池溫度升高越快，產(chǎn)熱越多，有副反應(yīng)發(fā)生鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究l微過充產(chǎn)熱：微過充循環(huán)產(chǎn)熱 UniversityofScienceandTechnologyofChina充電方式恒流階段溫升恒壓階段溫升放電階段溫升總溫升4.2V恒流恒壓充放電第1次充放電6.269-0.0077.333第2次充放電4.006-0.0836.588第3次充放電3.6150.0766.561第4次充放電3.7140.257第5次充放電3.7150.547.079第6次充放電4.0537.798鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究l微過充產(chǎn)熱：微過充循環(huán)產(chǎn)熱 UniversityofScienceandTechnologyofChina充電方式恒流階段溫升恒壓階段溫升放電階段溫總溫升4.4V恒流恒壓充放電第1次充放電6.947第2次充放電7.2126.569第3次充放電第4次充放電2.873第5次充放電 鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究l微過充產(chǎn)熱：微過充循環(huán)產(chǎn)熱 UniversityofScienceandTechnologyofChina充電方式恒流階段溫升恒壓階段溫升放電階段溫升總溫升4.6V恒流恒壓充放電第1次充放電20.234第2次充放電6.4629.587第3次充放電6.419--4.8V恒流恒壓充放電27.495-38.6974.6V后仍有相同規(guī)律,但4.6V和4.8V循環(huán)一到三次就熱失鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究l絕熱條件微過充循環(huán)熱失控 UniversityofScienceandTechnologyofChina充電方式循環(huán)次數(shù)SOC（%）電池溫度(℃)4.2V恒流恒壓充放電6.594.1%4.4V恒流恒壓充放電4.595.06%4.6V恒流恒壓充放電2.580.2154.8V恒流恒壓充放電170.926 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina內(nèi)容提要研究背景研究方法和實驗儀器鋰離子電池不同電壓一次微過充老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池微過充循環(huán)老化及熱穩(wěn)定性研究鋰離子電池常溫條件微過充循環(huán)失效研究鋰離子電池絕熱條件微過充循環(huán)熱失控研究結(jié)論與展望 Universityof UniversityofScienceandTechnologyofChina結(jié)論與展望常溫條件下，18650三元鋰離子電池一次微過充，鋰離子損失