世界球精选！9系三元锂电池热失控特性研究

前言

镍钴锰或镍钴铝三元锂离子电池具有能量密度高、低温及循环性能好等优势[1]，被广泛应用于新能源汽车等领域。与此同时，三元锂电池也存在着热稳定性较差的缺点，三元正极材料在250-300℃的高温下会发生剧烈的分解反应，同时释放氧分子，诱发电解液燃烧和电池爆燃。

为满足新能源汽车日益增长的续航里程需求，部分电池厂商致力于不断提高电池的能量密度，因此三元锂电池从低镍3系电池不断发展到高镍8系以及超高镍9系电池。理论上伴随着活性金属成分的不断提升，正极材料和电池的热稳定性下降，热失控风险随之上升。由于超高镍9系电池尚未实现规模化应用，行业内相对缺乏该类型电池的热安全特征信息。本文利用电池绝热量热仪测试了9系三元锂电池的热失控过程，证明9系锂电池的热失控剧烈程度远超其他类型的三元电池。

(资料图片仅供参考)

实验部分

1. 样品准备

电池样品:  NCM9系三元软包锂电池(5Ah)

2. 实验条件

实验仪器：仰仪科技BAC-420A大型电池绝热量热仪、电池充放电设备、TP700多通道测温仪；

实验模式：HWS-R模式、温差基线模式；

记录频率：1~100Hz；

自放热检测阈值：0.02℃/min；

热电偶固定位置：电池大面中心点（样品热电偶）、电池正极（附加热电偶）

实验结果

*上述参数均以样品热电偶贴合处温度进行计算；

**Tonset判断条件为dT/dt =0.02C/min；

***TTR判断条件为dT/dt =60°C/min。

根据测试数据，9系三元锂电池自放热起始温度Tonset为86.78度，热失控起始温度TTR为202.76度，电池电压的骤降点与TTR温度基本一致。电池到达TTR之后具有极高的温升速率，2s内电池表面温度达到热失控最高温度1109℃，最大升温速率约为48900℃/min。与9系锂电池相比，如图2所示，6系电池从TTR到达Tmax需要70s，最大升温速率约为6500℃/min；8系电池需要5s，最大升温速率约为20600℃/min，说明随着镍含量的上升，电池热失控剧烈程度不断提高。

另外，从视频及图片中发现，9系锂电池在热失控瞬间发生了猛烈的火焰喷射现象，并且量热腔壁面残留大量电池材料喷射物，也说明该电池发生了剧烈的热失控。

结论

本次实验利用BAC-420A大型电池绝热量热仪测量了9系三元锂电池的热失控特征参数。相关实验数据有助于对该类电池进行改良，提升其安全性。

参考文献：

[1]张萌启.三元锂电池过充热失控特性与探测方法研究[D].导师：杜建华.华侨大学,2020.

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