【摘要】 NCM 和 LFP 电池热失控期间的主要气体成分包括 H2、CO、CO2、C2H4 和 CH4。 LFP电池产生的气体含有高比例的H2。

在热失控（TR）过程中，锂离子电池（LIB）会产生大量气体，当电池失效并随后燃烧或爆炸时，会对电动汽车和电化学储能系统造成难以想象的灾难。因此，为了系统地分析常用LiFePO4（LFP）和LiNixCoyMnzO2（NCM）正极材料的锂离子电池的热失控后特性，并最大限度地提高电池热失控过程中的原位气体产生量，我们设计了使用绝热爆炸室（AEC）的实验。 ）在惰性气氛下测试LIB。此外，我们还对热失控过程中产生的气体成分进行了原位分析。我们的研究结果表明，热失控后，NCM 电池比 LFP 电池产生更多的气体。根据电池产气量，TR造成的危害程度依次为：NCM9 0.5 0.5 > NCM811 > NCM622 > NCM523 > LFP。

 

NCM 和 LFP 电池热失控期间的主要气体成分包括 H2、CO、CO2、C2H4 和 CH4。 LFP电池产生的气体含有高比例的H2。与 NCM 电池产生的混合气体相比，高浓度的 H2 导致磷酸铁锂电池在 TR 过程中产生的气体的可燃极限 (LFL) 更低。因此，就电池TR气体成分而言，危险等级的顺序为LFP > NCM811 > NCM622 > NCM523 > NCM9 0.5 0.5 0.5。虽然实验结果表明，磷酸铁锂电池在大规模电池热失控事件中具有优越的热稳定性和较低的气体产生量，但考虑气体生成成分和热失控产物，磷酸铁锂电池的热失控风险可能高于三元电池。尽管磷酸铁锂电池被认为非常安全，但我们的研究成果再次引起了研究人员对磷酸铁锂电池的关注。这些气体还可以作为电池热失控警告的检测信号，为电化学储能和可再生能源领域的未来发展提供警示。

图1.子图(a-e)分别显示了NCM523、NCM622、NCM811、NCM9 0.5 0.5和LFP电池实验过程中温度、腔室压力和电池电压的实验数据曲线【1】。

 

在电池TR过程中，实时记录了AEC内的环境温度、电池的表面和侧面温度、电池加热侧的温度、加热侧的测量温度、TR过程中的电压和弹丸内的压力。为了获得更准确的电池温度数据，对电池表面三个热电偶的温度进行平均，以表示电池的整体温度。TR的起始点定义为电池表面温度急剧升高的点。

 

为了确保完全实现TR，使用急剧下降的电压作为触发信号来停止加热板。该方法为确定电池TR的发生提供了明确、客观的标准。以加热板的加热时间作为实验开始时间，以TR触发时间作为“O”时间。相应的温度、压力和电压特性如图1a-e所示。图1为NCM电池与LFP电池通过侧向加热触发TR过程的对比图。在TR时刻，NCM三元电池显示安全阀瞬间打开，气体产生强烈，温度迅速上升，电压下降。相比之下，LFP电池的TR整体性能没有那么强烈。

 

【1】Shen H, Wang H, Li M, Li C, Zhang Y, Li Y, Yang X, Feng X, Ouyang M. Thermal Runaway Characteristics and Gas Composition Analysis of Lithium-Ion Batteries with Different LFP and NCM Cathode Materials under Inert Atmosphere. Electronics. 2023; 12(7):1603. https://doi.org/10.3390/electronics12071603

 

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