鋰離子電池具有比能量高、比功率大、使用壽命長(zhǎng)、工作范圍寬、無(wú)污染、價(jià)格便宜、自放電小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能電站、空間技術(shù)、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。特別是在國(guó)家的政策支持下，新能源技術(shù)快速發(fā)展，動(dòng)力鋰電池作為電動(dòng)汽車的核心部件越來(lái)越受到人們的關(guān)注，其直接決定了新能源電動(dòng)汽車性能的優(yōu)劣，因而現(xiàn)今對(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池性能與安全的要求越來(lái)越高。然而，鋰離子電池的安全性問題一直是遏制電動(dòng)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(lái)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(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池進(jìn)行更加完善的性能和安全性測(cè)試。

創(chuàng)新點(diǎn)及解決的問題

通過充放電循環(huán)試驗(yàn)，對(duì)電池的壽命衰減進(jìn)行測(cè)試分析，并基于X-ray無(wú)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(dòng)力鋰電池的安全失效程度，為研究鋰離子動(dòng)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(hù)分析與評(píng)價(jià)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(diǎn)內(nèi)容導(dǎo)讀

1.1試驗(yàn)對(duì)象

1.2充放電循環(huán)試驗(yàn)過程

1.3無(wú)損檢測(cè)設(shè)備及原理

選取車用三元材料圓柱型鋰離子動(dòng)力鋰電池作為試驗(yàn)樣品，對(duì)其進(jìn)行充放電循環(huán)測(cè)試。測(cè)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(shuō)明大倍率電流作為重要的影響因素會(huì)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(dòng)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(dòng)汽車的安全性。電動(dòng)汽車長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的同時(shí)，作為其核心部件的動(dòng)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(wú)損測(cè)試方法，針對(duì)三元材料圓柱型鋰離子動(dòng)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(jìn)行研究。測(cè)試分析表明，車用三元?jiǎng)恿︿囯姵亟?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(huì)在很大程度上影響電動(dòng)汽車運(yùn)行使用的整體安全性狀況。同時(shí)，通過對(duì)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(duì)高能量大功率電池的應(yīng)用方面，如何預(yù)測(cè)電池安全失效的程度并且防止其使用壽命的縮短對(duì)相應(yīng)的動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)乃至電動(dòng)汽車的性能和安全的改進(jìn)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(wú)損測(cè)試技術(shù)，X-ray無(wú)損技術(shù)是最有效的測(cè)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(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部各個(gè)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(dòng)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(hù)分析與評(píng)價(jià)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(wú)損儀器設(shè)備進(jìn)行更加清晰完善的測(cè)試分析，設(shè)計(jì)更加完整的有關(guān)鋰離子動(dòng)力鋰電池生命周期內(nèi)安全失效程度研究分析的模式。

團(tuán)隊(duì)介紹

我國(guó)北方車輛研究所動(dòng)力鋰電池團(tuán)隊(duì)是國(guó)家863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)動(dòng)力鋰電池測(cè)試中心，國(guó)家儲(chǔ)能及動(dòng)力鋰電池質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，已占領(lǐng)新能源汽車動(dòng)力鋰電池行業(yè)制高點(diǎn)。我國(guó)北方車輛研究所動(dòng)力鋰電池團(tuán)隊(duì)作為國(guó)家863電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)動(dòng)力鋰電池測(cè)試基地，從2001年先后承擔(dān)動(dòng)力鋰電池測(cè)試基地建設(shè)、動(dòng)力鋰電池測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)研究以及動(dòng)力鋰電池共性技術(shù)研究等7個(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10余個(gè)；同時(shí)，團(tuán)隊(duì)累計(jì)為國(guó)內(nèi)外動(dòng)力鋰電池公司出具動(dòng)力鋰電池強(qiáng)制性檢測(cè)報(bào)告超過2000份，以標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)、質(zhì)量把關(guān)見證和促進(jìn)了我國(guó)動(dòng)力鋰電池技術(shù)水平的快速發(fā)展和提升。

隨著針對(duì)鋰離子動(dòng)力鋰電池安全性測(cè)試研究的不斷深入，我國(guó)北方車輛研究所動(dòng)力鋰電池團(tuán)隊(duì)關(guān)于鋰離子動(dòng)力鋰電池的熱失控機(jī)理及安全防護(hù)功能開展了大量研究工作。除了自身的不斷研究之外，我國(guó)北方車輛研究所動(dòng)力鋰電池團(tuán)隊(duì)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(dòng)力鋰電池安全失效測(cè)試分析與評(píng)價(jià)的流程和模式。