鋰離子電池具有比能量高、比功率大、使用壽命長、工作范圍寬、無污染、價格便宜、自放電小等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于儲能電站、空間技術(shù)、電動汽車等領(lǐng)域。特別是在國家的政策支持下，新能源技術(shù)快速發(fā)展，動力鋰電池作為電動汽車的核心部件越來越受到人們的關(guān)注，其直接決定了新能源電動汽車性能的優(yōu)劣，因而現(xiàn)今對鋰離子動力鋰電池性能與安全的要求越來越高。然而，鋰離子電池的安全性問題一直是遏制電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和推廣的關(guān)鍵因素之一，尤其近年來由于熱失控引起的鋰離子電池起火爆炸事件極大影響了用戶的信心。安全性問題將很大程度上影響鋰離子電池的使用壽命,不利于鋰離子電池更加廣泛的應(yīng)用前景，此問題也是限制當(dāng)前鋰離子電池在高能量大功率領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵性因素，所以很有必要對鋰離子動力鋰電池進行更加完善的性能和安全性測試。

創(chuàng)新點及解決的問題

通過充放電循環(huán)試驗，對電池的壽命衰減進行測試分析，并基于X-ray無損技術(shù)分析以不同倍率大小電流充放電循環(huán)后三元鋰離子動力鋰電池的安全失效程度，為研究鋰離子動力鋰電池的安全性問題供應(yīng)新方法，也為高性能電池及系統(tǒng)的安全防護分析與評價和相關(guān)的功能與性能改善供應(yīng)了必要的技術(shù)支持。

重點內(nèi)容導(dǎo)讀

1.1試驗對象

1.2充放電循環(huán)試驗過程

1.3無損檢測設(shè)備及原理

選取車用三元材料圓柱型鋰離子動力鋰電池作為試驗樣品，對其進行充放電循環(huán)測試。測試結(jié)果表明，500次充放電循環(huán)后，采用1C放電的容量保持率小于采用(1/3)C放電的容量保持率，通過1C放電的電池內(nèi)阻新增量比通過(1/3)C放電的電池內(nèi)阻新增量更大，基于此可以得知通過1C放電的電池循環(huán)壽命比通過(1/3)C放電的電池循環(huán)壽命衰減更明顯，說明大倍率電流作為重要的影響因素會加快電池循環(huán)壽命衰減的速度。

電池的循環(huán)壽命是衡量鋰離子動力鋰電池性能的重要指標(biāo)因素之一，很大程度上決定了電動汽車的安全性。電動汽車長時間運行的同時，作為其核心部件的動力鋰電池也在不斷經(jīng)歷充放電循環(huán)的過程。利用X-ray無損測試方法，針對三元材料圓柱型鋰離子動力鋰電池經(jīng)過大倍率電流充放電循環(huán)后所造成的壽命衰減程度進行研究。測試分析表明，車用三元動力鋰電池經(jīng)歷持續(xù)的充放電循環(huán)后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，電池極片出現(xiàn)不同程度的褶皺情況，電池性能有著不同程度的下降，造成電池的使用壽命出現(xiàn)不同幅度的衰減，電池安全性的不斷降低會在很大程度上影響電動汽車運行使用的整體安全性狀況。同時，通過對電池褶皺缺陷寬的數(shù)值比較變化和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析可以表明，充放電電流倍率越大，循環(huán)后電池極片褶皺缺陷的程度更大，電池的壽命衰減及老化速度更快，以致相應(yīng)的安全失效的程度更大。

特別針對高能量大功率電池的應(yīng)用方面，如何預(yù)測電池安全失效的程度并且防止其使用壽命的縮短對相應(yīng)的動力鋰電池系統(tǒng)乃至電動汽車的性能和安全的改進與提升都具有重要意義。本文提出了具有良好應(yīng)用前景的X-ray無損測試技術(shù)，X-ray無損技術(shù)是最有效的測試物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法之一，利用此技術(shù)可以獲取電池內(nèi)部的三維結(jié)構(gòu)信息，實現(xiàn)電池內(nèi)部各個方向的斷層重構(gòu)成像，由此可以觀察電池內(nèi)部損傷的情況，可用于分析不同類型的鋰離子電池的安全性和電池發(fā)生故障的根本原因。本文基于此技術(shù)分析了三元鋰離子動力鋰電池壽命衰減程度及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，為研究電池壽命衰減及安全失效的誘發(fā)原因供應(yīng)了新方法，也為高性能電池及系統(tǒng)的安全防護分析與評價和相關(guān)的功能與性能改善供應(yīng)了必要的技術(shù)支持。

后續(xù)還要更大管電壓和更高分辨率的X-ray無損儀器設(shè)備進行更加清晰完善的測試分析，設(shè)計更加完整的有關(guān)鋰離子動力鋰電池生命周期內(nèi)安全失效程度研究分析的模式。

團隊介紹

我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊是國家863電動汽車重大專項動力鋰電池測試中心，國家儲能及動力鋰電池質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，已占領(lǐng)新能源汽車動力鋰電池行業(yè)制高點。我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊作為國家863電動汽車重大專項動力鋰電池測試基地，從2001年先后承擔(dān)動力鋰電池測試基地建設(shè)、動力鋰電池測試評價技術(shù)研究以及動力鋰電池共性技術(shù)研究等7個863課題；制定鋰離子電池、鎳氫電池、電容器、電池管理系統(tǒng)等國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10余個；同時，團隊累計為國內(nèi)外動力鋰電池公司出具動力鋰電池強制性檢測報告超過2000份，以標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、質(zhì)量把關(guān)見證和促進了我國動力鋰電池技術(shù)水平的快速發(fā)展和提升。

隨著針對鋰離子動力鋰電池安全性測試研究的不斷深入，我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊關(guān)于鋰離子動力鋰電池的熱失控機理及安全防護功能開展了大量研究工作。除了自身的不斷研究之外，我國北方車輛研究所動力鋰電池團隊還積極與高校、公司聯(lián)合研究相關(guān)課題，尋求搭建更完善的鋰離子動力鋰電池安全失效測試分析與評價的流程和模式。