过充电触发的LFP和NCM锂离子电池的热失控行为:差异与原因

摘要

软包锂离子电池相比较于硬壳电池具有更高的能量密度,由于特殊的电池结构软包锂离子电池具备特殊的热失控行为和规律。本工作研究了以磷酸铁锂(LFP)和镍钴锰酸锂(NCM)材料为正极的两种软包锂离子电池在不同的倍率(0.5~3 C)电流下过充电后的失效和热失控行为,分析了电池的质量损失、失效电压、电池温升方面的差异。结果表明,LFP和NCM电池在过充电后均会因发生副反应生成气体导致铝塑膜外壳破裂,1 C倍率电流下LFP电池在充电至133.4%带电状态(SOC)时发生破裂,并导致电池失效,而NCM电池在充电至143.8%SOC时破裂,随后诱发热失控和着火。电池破裂电压均随充电倍率的增加(0.5~3 C)而呈现先增大后减小的趋势,在1.5 C时破裂电压最高,LFP电池的破裂电压高于NCM电池。此外,LFP和NCM电池的质量损失范围分别为2.07%~5.82%和28.51%~36.75%,随充电倍率变化不明显。研究还揭示了LFP和NCM电池过充电过程中温度升高的不同阶段特征,并从材料分子结构的角度对该差异的原因进行了分析。研究结果可为新能源汽车用锂电池单体选型提供参考。