比亚迪电池和特斯拉电池有啥区别？两者一对比，才知谁更牛

首先，将电芯在室温下，约20℃，在12个月内，搁置在运输用的箱子中未使用。其次，电池经历了第一次充电，并测量了每个电池的容量和阻抗。第三，选择用于循环老化的电池循环达到约两个月（300个循环）。第四，测量容量和阻抗，并将电芯储存在室温下。第五，一些非循环电芯储存在60°C的烘箱中10个月。

 

 

 

 

总共进行了14次外部加热滥用测试。使用具有115L内容积的恒温控制的烘箱Binder FED 115单独加热电池。将电池居中放置在烘箱内部并且用钢丝（0.8mm直径）机械固定在砖上，参见图1。在测试开始后1分钟后，将烤箱调节至最大加热速率，温度设置为 300℃。总测试时间因环境条件变化和最终发生气体爆炸而变化。

 

该烤箱是定制的，具有四个直径为50mm的通气端口，用硅塞密封，并配有内部风扇设置到最高转速以均匀化内部温度。放置在烤箱背面的通风口被设置为完全关闭。然而，这不是一个完美的密封，在滥用测试期间，它部分变形。在第一次测试中，烤箱门可以正常关闭，但是由于在瓦斯爆炸过程中门被打开，所以在以下测试中将门用胶带固定。在烤箱顶部的一个硅胶塞安装的比较松，充当泄压口。

 

在每次测试之间，将烤箱轻轻地清洗/清洗以最大限度地减少来自例如颗粒污染的潜在干扰。玻璃门窗（三层玻璃）没有机械破裂，但被严重污染和蚀刻，因此被更换了几次，以获得可接受的视频质量。

 

使用具有Agilent 34902A簧片多路复用器模块，以1Hz测量电池电压和温度。电池电压通过K型热电偶电缆测量，将电缆拧入电气接头连接器中的小钻孔（直径0.8 mm）中。使用连接有玻璃纤维带（3M，电气带Scotch，19mm宽）的K型热电偶测量Li离子电池表面温度，在多达六个位置T1-T6处测量，参见图 1D，其中T1 -T4测量每边的中心温度，而T5-T6是两个最大表面上的附加中央传感器。K型热电偶也用于测量环境温度（炉外）和炉内温度，后者在两个位置测量，如图 1A和B 所示。通过放置在烤箱门外的照相机记录测试视频过程。在一些测试中，还使用了第二台摄像机，放置在离烤箱约2至7米的距离处。使用卡尺手动测量电芯厚度，（量程150毫米长）和电芯尺寸按照最大尺寸记录，出现在中心对中心的测量位置上。

 

 

测试12中的电池应该循环至300次循环，但是在循环过程中达到229次循环后失效，并且不可能再充电或放电。试验13和14中的电池最初完全充电并在60℃下储存10个月，此后电压降至低于1V。这些电池的厚度从18.5mm增加至21.3mm（约15 ％），但是电芯重量没有改变，表明电芯没有泄漏或排气。本次研究中的所有其他电芯在循环老化前后的厚度均为18.5 mm。

 

表2列出了老化前后的容量数据。SOH是相对剩余容量，由当前C/5放电容量除以初始C/5放电容量计算。循环后，电芯达到下列SOH，约94％（100个循环）、91％（200个循环）和89％（300个循环）。寿命（至少对于第一次使用的电池寿命）的终点通常是定义为约70％- 80％SOH，电芯参数表显示，600次循环> 70％SOH（后表1），因此，测试的电芯远未充分老化。如表2所示，测试1和4中的电池具有较低的初始放电容量，因为它们在容量测量之前循环3次。然而，即使测试1和4中的电芯循环了3次（详情参见表2中的注释），它们在这里被称为0循环电芯。

 

 

 

图2显示了不同周期老化的电池的阻抗测量结果。阻抗曲线图，图2A，具有锂离子电池的典型外观，包括高频电感，中频和低频尖峰受抑制的重叠半圆，对应于电芯内阻和连接阻抗，SEI阻抗，电荷转移影响和传质阻抗。复阻抗图中与实轴的交点，确定了平均串联阻抗，如图2A所示，也即这种类型电芯的内阻，新电芯为13.2mΩ，300次循环后增加14.4mΩ（增长9％）。图2B为相位角相对于频率对数的曲线图。在这幅图中可以找到两个峰值，一个频率在0.1赫兹以上，一个在2赫兹左右。低频峰随着循环老化而增大，而第二个峰在几个循环后或多或少已经消失。无论如何，在3个循环之后，检测到明显的差异，这样，相角提供了一个新的视角来观察老化带来的影响。对于具有相同电极化学成分的老化电池（石墨/LCO），阻抗图中的低频半圆被认为阴极处的电解质氧化，因此可能表明在0.1Hz以上的相角中峰的增长在这种情况下也是由于阴极处的氧化。这可能是因为电池充电到相对较高的4.20V截止电压，虽然仍在电池制造商的确定的参数范围内。

 

 

在试验1-11中，将电芯完全充电（100％SOC），电芯经历了不同的老化循环次数，范围从0到300个循环。试验12-14的电芯是失效电芯，因此，SOC是无法确定的。测试12中的电池在229次循环后在循环期间 “猝死”。试验13-14中使用的电芯已经在60℃下存储了10个月，在那段时间内自放电或者失效，因而有一个电芯OCV小于1V，即低于0％SOC电平。

 

 

 

表3列出了14种不同老化状态电芯，工作电芯以及失效电芯的外部滥用测试结果。在所有测试中，当温度达到热失控温度时，温升速率迅速增加，所有电池都发生热失控。对于试验1 - 11，电池的热失控后，有短的（小于一秒）和典型的燃烧、火花和喷射，图3中显示了示例。在一些情况下，根据“火灾”的不同阶段，电芯燃烧较长时间和较大的火焰，如表3中所示 。通常情况下，后续火势较小的情形，见表3，这表明在之前较长的时间内存在一个或几个火苗。此外，使用术语“无明火”是指没有点燃电池或其气体的情况。这没有考虑到最初的短暂的短路/火花等情形。术语“气体爆炸” 是指从电池释放的累积可燃气体与炉内空气混合的延迟点火，其在当前案例中，导致迫使炉门打开的压力波。气体爆炸是燃烧学中常见的现象，然而并不经常讨论锂离子电池火灾。在这项研究中，如表3所示，所有工作电芯的测试都是在非燃烧或气体爆炸后进行的。此外，对于大约一半的工作电芯和全部的老化电芯，气体爆炸大约在燃烧的30秒之后发生，接下来是20-50秒的小火或者火花。对于失效电芯，测试12 – 14所示，结果显著不同，视频分析没有显示出任何火花、喷射或者发生瓦斯爆炸。

 

 

 

对于所有测试，视频分析显示，在达到热失控温度的同时，位于电芯顶部的电池安全阀打开并释放大量烟雾，迅速填满烤箱空间。释放的烟雾的颜色通常是白色或浅灰色。如果电池安全阀不能打开，例如由于故障或不良设计，可能发生电池壳体爆炸，这是一种危险情况，包括喷射壳体碎片的风险。只是这在目前的一组实验中没有发生。

 

 

工作电芯比失效电芯损失更多重量，膨胀更大（更厚）。工作电芯的重量损失平均为22.6％，失效电芯的平均重量损失为17.0％。工作电芯的厚度从18.5毫米增加到平均27.2毫米（增加47％），而外部滥用后平均失效电芯厚度为23.8毫米。总的测试时间有所不同，如表3所示，导致不同的加热时间。可以看到一些趋势，重量损失和厚度增加都是循环次数的函数（循环次数越多，损失重量越少，尺寸膨胀越大）。这些影响必须发生在内部最短测试时间范围（75分钟，测试6）。

 

 

3.2.2 温度结果

 

表4列出了外部加热滥用测试的温度结果。将表4中的热失控温度值确定为发生温度快速升高时的温度。对于工作电池，热失控温度很容易确定，而对于失效电芯，特别是对于测试12，并不太明显。失效电芯具有明显较高的热失控温度，较低的温升速率和较低的峰值温度。0个循环的失效电芯，将其一部分寿命在60℃保存10个月，测试13 -14，其测试结果显示了高重现性。虽然电极界面必须发生重大变化，但失效电芯仍可能含有大量易燃电解质。没有研究不同SOC水平的电芯，因此SOC低水平的电芯和失效电芯之间的任何可能存在的相似性，在结果中有可能被混淆。

 

 

电池表面温度传感器T1-T6在达到热失控温度时通常是可靠的。对于除测试13（参见表4中的注释）以外的所有测试，热失控温度值作为传感器T1和T3的平均值计算。高于热失控温度，传感器会记录的温度出入很大，由于高温，电池膨胀和最终的气体爆炸，有时会从电池脱落下来。因此，另一个平均值，Tavg2被用来确定最大平均电池表面温度，相应的温度增加（Δ T）和时间长度（步骤时间Δt）。Tavg2使用所有可用的T1-T6传感器数据计算，详见表4。可用的传感器被定义为没有丢失的与电芯表面有接触的传感器。由于可用电池温度传感器的数量和位置不同，表4中给出的结果自然变化。当最高温度值的分布更广，则热失控温度值可以更好的被界定出来。