關于鋰離子電池失效的熱力學研究

在本文中，測量了一種可充電鋰離子電池（型號為18650）在全部荷電范圍內使用四種不同的陰級材料，在電池失效時，測量所釋放出來的能量的大小，所釋放的能量大小用彈式熱量計來測量。將電池放置在一個充滿氮氣的壓力容器中，并使用電加熱器進行加熱引發電池的熱失控。由于存在氮氣，可以很好地避免電池在加熱過程中發生燃燒。電池故障所釋放出來的能量ΔH主要由兩部分組成，一部分是存儲在電池中的電能E（電池電位×電荷），另一部分是電池各個組分相互反應或者是熱分解所釋放出的化學能ΔUrxn。本文還確定了電池中各個組分通過反應與熱分解所釋放出的化學能ΔUrxn及存儲在電池中的電能E對電池故障所釋放出來的能量ΔH占比的大小。測量了電池失效后所產生的易揮發可燃熱分解產物的質量，以此來評價可充電鋰電池的消防安全隱患。在電池安全隱患方面，電池溫度上升是造成熱失控的主要原因，電池溫度上升的大小與速度與電池故障所釋放出的能量相關。

圖1 所采購回來的電池

圖2 實驗所用的氮氣壓力容器圖

在本實驗中所使用的可充電鋰電池都是從市場上采購回來的，所使用的負級材料有四種，所采購回來的電池如圖1所示，實驗中所使用的氮氣壓力容器如圖2所示：