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磷酸铁锂电池寿命初期与末期安全性差异

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相比新鲜电池,锂离子电池在全生命周期内的安全性研究更值得关注.以寿命初期(BOL)与寿命末期(EOL)两种状态下的大尺寸方型铝壳磷酸铁锂动力电池为研究对象,先分析了BOL和EOL电池在比热容、热导率、材料热稳定性以及直流内阻方面的差异,再详细对比了电池在过放电、过充电、外部短路、加热、针刺、挤压等安全性能的差异.结果表明,相比BOL电池,EOL电池比热容由1.088 J/(g·℃)降低为1.065 J/(g·℃);电池高度、宽度、厚度方向的热导率分别从25.84、21.21、1.05 W/(m·K)降低为22.20、18.44、1.00 W/(m·K);负极材料和电解液的放热峰向低温偏移,121℃附近出现固体电解质界面膜分解放热峰,嵌锂石墨层间化合物、电解液和黏结剂间的反应放热焓由1019 J/g减小为841 J/g.安全性方面,EOL电池过放电产气更多,厚度鼓胀大;过充电产气更多,防爆阀提前7％荷电态开启;外部短路电流无法熔断转接片,电池将持续放电至过放态,产气鼓胀严重;针刺无烟雾释放、防爆阀未开启,安全性大幅提升,加热引发热失控的温度差别不大,其他安全测试项差异较小.研究结果丰富了锂离子电池全生命周期内安全性能的研究,有助于电池单体、模组及系统热失控防护设计.
Safety differences of LiFePO4 batteries at the beginning of life and end of life

刘伯峥、王静波、曾涛、殷雅侠、郭玉国

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中国科学院化学研究所,中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室,北京 100190

天津力神电池股份有限公司研发中心,天津 300384

磷酸铁锂 动力电池 安全 寿命初期 寿命末期

国家重点研发计划天津市科技计划

2019YFC190780020YFYSGX00050

2022

10.11949/0438-1157.20221339

化工学报
中国化工学会 化学工业出版社

化工学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.26
ISSN：0438-1157
年,卷(期)：2022.73(12)
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