華東理工大學(xué)欒偉玲教授團(tuán)隊(duì)在Applied Energy（IF：11）發(fā)表題為《The snowball effect in electrochemical degradation and safety evolution of lithium-ion batteries during long-term cycling》的研究論文，該成果由華東理工大學(xué)先進(jìn)電池系統(tǒng)與安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（CPCIF）、機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院等機(jī)構(gòu)聯(lián)合支持。
《Applied Energy》是由Elsevier出版的能源科學(xué)與工程領(lǐng)域國(guó)際知名期刊，在SCI和中科院分區(qū)中均屬1區(qū)TOP期刊，屬于能源領(lǐng)域頂尖學(xué)術(shù)期刊。提供有關(guān)能源轉(zhuǎn)換和節(jié)約、能源資源最佳利用、能源過(guò)程分析和優(yōu)化、多能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究、創(chuàng)新、開(kāi)發(fā)和示范的信息論壇。
本文系統(tǒng)研究了常溫循環(huán)（NTC）和高溫循環(huán)（HTC）條件下鋰離子電池長(zhǎng)期循環(huán)中的電化學(xué)退化和安全演變規(guī)律。采用各種表征技術(shù)來(lái)闡明長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中鋰離子電池的退化機(jī)制，其中使用仰儀科技小型電池絕熱量熱儀BAC-90A對(duì)鋰電池在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中的熱安全性演變進(jìn)行了探索，最終建立退化機(jī)制與安全演變之間的關(guān)系。
本研究中BAC-90A的應(yīng)用
1.絕熱熱失控測(cè)試
本研究采用小型電池絕熱量熱儀BAC-90A對(duì)在不同退化路徑下老化至特定狀態(tài)的電池進(jìn)行絕熱熱失控測(cè)試。獲取了自發(fā)熱起始溫度（Tonset）、內(nèi)部短路觸發(fā)溫度（TISC）、熱失控起始溫度（TTR）和熱失控最高溫度（Tmax）四個(gè)熱失控特征參數(shù)。結(jié)果表明高溫循環(huán)和常溫循環(huán)老化過(guò)程中的熱失控特性存在顯著差異。
① 高溫循環(huán)老化條件下電池的絕熱溫升持續(xù)時(shí)間縮短，Tonset升高，TTR降低，Tmax降低，TISC沒(méi)有顯著變化。
② 在常溫循環(huán)老化的線性和加速衰減階段，熱失控特性表現(xiàn)出不同趨勢(shì)。在線性衰減階段，絕熱溫升持續(xù)時(shí)間縮短，但在加速衰減階段沒(méi)有顯著變化。Tonset在線性衰減階段略有升高，但在加速衰減階段迅速降低。
部分研究成果展示
2.熱動(dòng)力學(xué)分析
為進(jìn)一步分析老化引起的電池?zé)岚踩宰兓撗芯拷Y(jié)合小型電池絕熱量熱儀BAC-90A的測(cè)試結(jié)果對(duì)電池絕熱溫升過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。結(jié)合dT/dt特性曲線，采用Arrhenius等方程計(jì)算，獲取了常溫循環(huán)和高溫循環(huán)條件下不同老化狀態(tài)電池的放熱反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。揭示了活化能Ea與電池SOH之間的關(guān)系。結(jié)果表明，對(duì)于高溫循環(huán)和常溫循環(huán)的線性老化階段，Ea值隨著SOH的降低而單調(diào)遞增。
部分研究成果展示
總結(jié)
本研究中提出的鋰離子電池在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中的“滾雪球效應(yīng)”從化學(xué)、電、結(jié)構(gòu)和熱的角度揭示了鋰離子電池壽命退化與安全演變之間的關(guān)系。這些新發(fā)現(xiàn)為電池的全生命周期管理、剩余價(jià)值評(píng)估和二次利用提供了新的見(jiàn)解。
