关于锂离子电池失效的热力学研究

在本文中，测量了一种可充电锂离子电池（型号为18650）在全部荷电范围内使用四种不同的阴级材料，在电池失效时，测量所释放出来的能量的大小，所释放的能量大小用弹式热量计来测量。将电池放置在一个充满氮气的压力容器中，并使用电加热器进行加热引发电池的热失控。由于存在氮气，可以很好地避免电池在加热过程中发生燃烧。电池故障所释放出来的能量ΔH主要由两部分组成，一部分是存储在电池中的电能E（电池电位×电荷），另一部分是电池各个组分相互反应或者是热分解所释放出的化学能ΔUrxn。本文还确定了电池中各个组分通过反应与热分解所释放出的化学能ΔUrxn及存储在电池中的电能E对电池故障所释放出来的能量ΔH占比的大小。测量了电池失效后所产生的易挥发可燃热分解产物的质量，以此来评价可充电锂电池的消防安全隐患。在电池安全隐患方面，电池温度上升是造成热失控的主要原因，电池温度上升的大小与速度与电池故障所释放出的能量相关。

图1 所采购回来的电池

图2 实验所用的氮气压力容器图

在本实验中所使用的可充电锂电池都是从市场上采购回来的，所使用的负级材料有四种，所采购回来的电池如图1所示，实验中所使用的氮气压力容器如图2所示：