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本文利用BAC-420A大型电池绝热量热仪对锂金属负极固态电池进行绝热热失控实验,评估该电芯的热稳定性和热失控危害。
前言
随着电动汽车的大规模发展,现有锂离子电池体系已不能满足日益增长的续航里程需求,亟须发展更高能量密度的电池体系。在众多的电池材料体系中,层状过渡金属氧化物-石墨负极体系的理论能量密度极限约为300Wh/kg。将纯石墨负极替代为硅基合金,则能量密度理论上限可提升至约400Wh/kg。而金属锂负极具有最低的电位和最高的理论比容量,被认为是电池负极材料的终极选择,锂金属电池能量密度的理论上限可达500Wh/kg以上。
实验部分
实验结果
1. 自放热起始温度Tonset低:Tonset温度为74.42℃,与常规三元电芯相当甚至略低。通常认为固态电解质与正负极界面的热力学稳定性要优于液态电池内的SEI膜,因此固态电池的Tonset温度理应较高。上述现象有待明确电池体系后进行进一步探究。
3. 热失控剧烈程度显著高于液态电池:该电芯的热失控最高温度Tmax无法有效测定。这是由于热失控瞬间,用于温度采样的N型热电偶迅速发生熔断。考虑到采用的N型热电偶的熔点为1330℃,因此该电芯的Tmax明显超过三元9系液态电池的数值(1100-1200℃)。针对该电芯的检测需求,后续需更换熔点更高的铂基热电偶。同时,估算该电芯热失控瞬间的温升速率达到50000℃/min以上,超过目前已知的所有液态锂电池。
图3 样品锂电池热失控过程监控视频
另外,从热失控瞬间的监控画面可以看到,该固态电池的热失控爆燃持续时间短,爆炸冲击威力大。随着能量密度的提高,电芯热失控能量释放速率也显著增大。
实验结论
[来源:杭州仰仪科技有限公司]
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