有关软包磷酸铁锂离子电池低温热安全性能研究

本文以剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂离子电池为研究对象，研究其在-10℃低温充放电循环后的安全性能。对低温和常温循环后的电池进行热失控实验分析，同时解剖电池并测试电池材料的锂元素含量和热稳定性能。测试结果表明，电池低温循环过程中容量急剧衰减，低温循环后电池热失控温度明显降低，低温循环过程中电池负极析出了锂单质，电池材料的热稳定性也发生了变化。另外，还对低温循环后的电池进行了满电状态下的常温搁置实验，实验过程中电池全部出现胀气现象，通过进一步测试分析发现，气体以CO和H2为主。与新电池比较发现，剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂离子电池低温下充放电循环更容易出现锂枝晶，造成其电化学性能发生严重的不可逆衰退，热失控温度明显提前，因此剩余容量接近80%的磷酸铁锂离子电池应防止在低温下运行。原文请见《储能科学与技术》杂志2016年第2期，点击阅读全文即可获得。

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、环境友好等特点，在电动汽车和储能领域具有广阔的应用前景。但是锂离子电池本身存在安全隐患，安全问题是制约锂离子电池大规模推广的重要问题之一。以石墨为负极的锂离子电池充放电过程中，在电极表面会形成SEI膜（固体电解质膜），当SEI膜出现断裂时，会在断裂处锂沉积生成锂枝晶。持续生长的锂枝晶可以穿透电池隔膜，导致电池内短路，发生热安全隐患；另外，若锂枝晶从电极上断裂成为失去电化学活性的死锂，会造成电极比容量的降低。锂离子电池在低温环境下循环会加速锂枝晶的出现。目前关于锂离子电池低温性能的研究重要集中在低温电化学性能方面，重要从电解液溶剂、电解液添加剂、电极材料等方面研究低温电化学性能的提升，关于低温安全性能的报道较少。关于锂枝晶的研究重要包括锂枝晶形成的机理研究[8]、锂枝晶形成的过程分析以及抑制锂枝晶生长等，但是目前的研究多集中在原电池或试制样品电池，关于剩余容量接近80%的商品化电池低温热安全性能的研究鲜有报道。

磷酸铁锂离子电池已经在电动汽车和电力储能领域得到广泛应用，大批量的电池进入即将退役或退役的状态，后续需有电池梯次利用，因此对其低温安全性能的研究非常紧迫和必要。本文以剩余容量接近80%的软包磷酸铁锂离子电池为研究对象，从电池及电池材料的热稳定性的角度研究电池低温循环后的热安全性能，对这类电池安全运行以及后续梯次利用安全条件进行确定，具有实践指导意义。