锂离子电池失效相关的滥用情况分析
来源：宝鄂实业
2019-10-14 22:17
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锂离子电池滥用
3.1滥用机器
破坏性变形和位移是机械损伤的两个常见特征。车辆碰撞和随后的电池组挤压或穿孔是机械滥用的典型情况。
3.1.1碰撞和挤压
电池组变形很可能发生在车祸中。电动车上电池组的布置影响碰撞时电池组的响应模式[15]。电池组变形可能导致危险后果：1）电池隔膜撕裂和内部短路（ISC）；2）易燃电解液泄漏和可能燃烧。
为了研究电池组的挤压行为，有必要从材料水平、电池水平到电池组水平进行多尺度的研究。
总之，为了研究机械滥用的机理，还需要进一步完善测试和建模。为了揭示锂离子电池在动态负载下的失效机理，需要对锂离子电池进行精心设计的样机试验。机电-热耦合模型迫切需要评估isc从电池到电池的潜在风险和潜在tr。
3.1.2穿刺
刺穿是车辆碰撞过程中可能出现的另一种常见现象。与挤压条件相比，穿刺不当可立即触发严重的isc。根据《锂离子电池强制性试验标准》（GB/T 31485-2015、SAE J2464-2009等）的规定，规定采用穿刺法模拟ISC在滥用试验中的情况。机械损伤和电气短路同时发生，穿刺滥用更为严重。
3.2电气滥用
3.2.1外部短路
当两个有压差的电极与外部导体连接时，会发生外部短路。蓄电池组的外部短路可能是由于车辆碰撞引起的维修过程中的变形、浸没、导线污染或触电引起的。通常情况下，外部短路释放的热量不会像击穿那样加热电池。
3.2.2过充
如表2所示，过量充电是7号事故的原因。由过充引起的tr比其他滥用条件更为恶劣，因为过多的能量被充入电池。蓄电池管理系统（BMS）充电高压切断功能故障是导致过充滥用的常见原因。在电池中，最高电压的电池首先过充，然后是其他电池。
过充的结果随试验条件而变化。一些电池在大电流下爆裂，而在[32]中，只有在小电流下报告了电池芯的膨胀。高桥等人。【40】采用不同的实验设置进行心电核心过充实验。结果表明，在不受任何限制的情况下，通气孔不能正常打开的岩芯更容易爆裂。测试结果的差异，换句话说，低水平的测试重复性可能会削弱使用过充作为安全标准中滥用测试方法的有效性。应进一步深化对过充的研究。在深入了解电池反应机理的基础上，设计一种更为实用的过充试验方法。
3.2.3 过放电
过放电是另一种可能的电气滥用状况。通常，电池组内电池之间的电压不一致是不可避免的。因此，一旦BMS未能具体监控到任何单个电池的电压，具有最低电压的电芯将被过度放电。
过放电滥用的机制与其他滥用形式不同，其潜在的危险可能被低估。在过放电期间，电池组中具有最低电压的电池可以被串联连接的其他电池强制放电。在强制放电期间，极点反转，电池电压变为负值，导致过放电电池异常发热。
过放电可能导致电池容量下降。在过度放电的过程中，阳极的过度脱锂会导致SEI的分解，从而产生CO或CO2等气体，导致电池膨胀[50]。一旦电池在过放电后再充电，将在阳极表面形成新的SEI。同时，再生的SEI层改变了阳极的电化学性能[51]，电阻增加，因此容量下降[52]。Yu等[53]报道，当MCMB-LCO电池过放电至0V时，阳极表面上的SEI层被破坏。重整的SEI层不稳定，导致电阻增加。
