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重庆工商大学姚行艳:介绍锂离子电池排气口安全的可靠性

时间:  2019-10-14 23:07   来源:  汽车总站网    作者:  Wren

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  为应对电池安全这一全球重大挑战,推动电池安全领域的国际合作,美国能源部(DOE)和德国科学教育部(BMBF)及相关国际知名学者发起了国际电池安全研讨会(International Battery Safety Workshop,IBSW),并相继于2015年在德国慕尼黑工业大学、2017年在美国Sandia国家实验室,成功举办了第一届和第二届国际电池安全研讨会(IBSW)。2019年10月8日,第三届国际电池安全研讨会在北京召开,大会由清华大学电池安全实验室主办,会议主题是“为电动汽车制造更安全的高比能电池”。
  
  8日下午举行的电池安全技术峰会A上,重庆工商大学姚行艳发表了主题演讲,以下为演讲实录。
 
重庆工商大学姚行艳:介绍锂离子电池排气口安全的可靠性
  
  各位下午好!我会讲一讲锂离子电池排气口安全的可靠性,我来自重庆工商大学。
  
  很快的讲一讲我们的背景,因为现在很容易引起这样的一个电池安全事件,所以要防止这样的安全事件,以及对于电池制造商也有不同的安全设备,以便于防止安全的事件,即便是用于这样的安全泄气阀在这样的情况下也不是永远都合适的,这是为什么我们需要做这样的一个泄气阀的一个调研工作。这样的调研工作会给我们一些设计以及更为合适的案例分析来证实到底哪些原因造成了泄气阀的失效。首先我们看到这个架构,在电池内的一个架构情况。
  
  我们圆柱形的电池有三个组件,有它的正向的终端以及底部的底层,这个也是有相应的专利申请,在这个泄气阀的情况下它是比较弱的环节,因为我们需要一些更新,做一些局部压力的浓度,让它能够增加阈值,这样的话以便于更好的让气体进行放水。
  
  第一个案例分析是我们自己做的,我们使用了商务的索尼18650VTC525,2.6安培,他的平均质量是44克,这个电信是用了CC和CV的充电情况,他的电压是在我们充了12个小时,我们有相应的标准。
  
  这是我们对于这个实验的一个设置,这个电池我们使用的是,在两个表面当中我们是放进去可以更好的防止他的爆炸,我们使用PC进行结果的检测,我们也使用恒长的电力供给。在爆炸之后我们也收集了一些数据,我们可以看到,我们看到在520秒之后所发生的安全泄漏,这个时候温度也是达到了最高。
  
  这里我们也可以看一下正极、负极的结果,你会看到正极和负极都已经被烧着了,在热失控之后、在实验之后,电池的重量是21.4克,也显示出有22克电池的物质已经被释放出去。我们可以看到在电池内部发生的一些详细的状况,我们也是使用一个深度扫描的设备来监测。黄色的这个虚线就是显示出整个发生泄漏的区域,右边可以看出,C点和D点的黑洞,这两个洞一个是3.92毫米、一个是4.59毫米,所以这个图片也清楚的展示出在爆炸之后电池的状况。
  
  通过这两个洞,我们看到很多电池的内部物质都是从这两个洞喷射出去的,所以我们也可以,我们可以认为,实际在这个过程中会有很多正极失灵或者说热失控的发生。从左边到右边,你可以看到,在电池爆炸之后的一个扫描的结果,中心是向左偏离,并且向上,会阻止气体的释放,大部分的电极层,尤其是在正极的这个部分都已经被破坏了,对于这个图片来说,你可以看到损坏的程度也是比较严重,而且绝大部分的物质都是通过这个洞喷射出去。
  
  从这张图片可以看到更多的信息,显示出气体的泄漏通道,包括电池内部物质喷射的路径,绿色的部分显示出电池层和隔膜之间的距离,以及气体逃逸的通道,整个电极都集中在电池的中部,正极基本上都已经被损坏。在底部的这些气体还有物质没有任何逃逸的通道,所以我们有进一步增大的压力,所以我们在这样的条件之下,产生的气体没有办法通过绿色的通道被释放出去。所以这也是为什么在底部产生了两个洞,因为他没有办法通过上面来释放,这个是显示出下面的洞还有电池的膨胀,这是爆炸前和爆炸后的对比图,爆炸之后电池也发生了膨胀,正极和复杂,正极和负极出现了很大的损伤。通过中间的部分,如果不能够被气体释放的话,会增加电池内部的压力,
  
  这里大家可以看到电极层的变形在右边的变形比左边更厉害,右边的温度比左边更高,同时看到中间的电极层卷曲在一起,主要是热失控和爆炸产生的变形。另外这个黑色的区域,也显示出内部的位置被烧焦了,被喷射出去,同时在负极的电极层,他的挤压程度比正极更加严重。另外电池的旁边是出现了破裂,并且膨胀最后的建议和结论就是。在刚才的两个爆炸的案例里面显示,电池的安全泄漏设计并不是非常的足够,同时我们也可以看到在负极的洞,这是18650的电池,显示出顶部的安全泄漏出现了失灵,这使得气体还有热能只能从底部的洞逃逸,边上的破裂、膨胀进一步的强调了整个泄漏的装置并不是非常的足够,这也是会导致热失控主要的原因。通过这样一些测试我们也可以来理解不同的热失控率,可以对压力的水平进行更好的预估和设计,所以我们要做更多的实验,找到阀值。
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