本文利用BAC-420A大型電池絕熱量熱儀對鋰金屬負極固態(tài)電池進行絕熱熱失控實驗，評估該電芯的熱穩(wěn)定性和熱失控危害。
前言
隨著電動汽車的大規(guī)模發(fā)展，現(xiàn)有鋰離子電池體系已不能滿足日益增長的續(xù)航里程需求，亟須發(fā)展更高能量密度的電池體系。在眾多的電池材料體系中，層狀過渡金屬氧化物-石墨負極體系的理論能量密度極限約為300Wh/kg。將純石墨負極替代為硅基合金，則能量密度理論上限可提升至約400Wh/kg。而金屬鋰負極具有最低的電位和最高的理論比容量，被認為是電池負極材料的終極選擇，鋰金屬電池能量密度的理論上限可達500Wh/kg以上。
實驗部分
實驗結(jié)果
1. 絕熱熱失控曲線
鋰金屬固態(tài)電池的絕熱熱失控曲線如圖2所示，可以發(fā)現(xiàn)該電芯的熱穩(wěn)定性與常規(guī)的液態(tài)高鎳三元電芯類似，但熱失控劇烈程度明顯更高。鋰金屬固態(tài)電池的熱失控過程表現(xiàn)出如下的特征：
1. 自放熱起始溫度Tonset低：Tonset溫度為74.42℃，與常規(guī)三元電芯相當甚至略低。通常認為固態(tài)電解質(zhì)與正負極界面的熱力學穩(wěn)定性要優(yōu)于液態(tài)電池內(nèi)的SEI膜，因此固態(tài)電池的Tonset溫度理應較高。上述現(xiàn)象有待明確電池體系后進行進一步探究。
2. 熱失控起始溫度接近鋰金屬熔點：熱失控起始溫度TTR約為180℃，該溫度下鋰金屬負極熔化，電解質(zhì)與熔融鋰金屬發(fā)生界面反應，產(chǎn)生的氧氣會誘發(fā)鋰金屬發(fā)生劇烈氧化反應，導致熱失控發(fā)生[1]。根據(jù)圖2b，到達TTR之前電芯升溫速率出現(xiàn)明顯下降，與負極熔化過程相對應。
圖3 樣品鋰電池熱失控過程監(jiān)控視頻
另外，從熱失控瞬間的監(jiān)控畫面可以看到，該固態(tài)電池的熱失控爆燃持續(xù)時間短，爆炸沖擊威力大。隨著能量密度的提高，電芯熱失控能量釋放速率也顯著增大。
實驗結(jié)論
