陶瓷隔膜厚度对磷酸铁锂电池安全性的影响

刘伯峥; 董世佳; 于宝军; 马洪运; 曾涛

doi:10.14188/j.1671-8836.2022.0251

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陶瓷隔膜厚度对磷酸铁锂电池安全性的影响

电化学储能 | 更新时间：2023-08-14

- 陶瓷隔膜厚度对磷酸铁锂电池安全性的影响
- Effect of Ceramic Separator Thickness on the Safety of Phosphate Iron Lithium Battery
- 武汉大学学报（理学版） 2023年69卷第4期页码：469-475
- 作者机构：
  
  1.天津力神电池股份有限公司研发中心，天津 300384
- 作者简介：
  
  刘伯峥，男，高级工程师，博士，现从事磷酸铁锂动力电池研究。E-mail：liubozheng@iccas.ac.cn
  E-mail： zengtao@lishen.com.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2019YFC1907800);天津市科技计划(20YFYSGX00050)
- DOI：10.14188/j.1671-8836.2022.0251
  中图分类号：
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刘伯峥, 董世佳, 于宝军, 等. 陶瓷隔膜厚度对磷酸铁锂电池安全性的影响[J]. 武汉大学学报（理学版）, 2023,69(4):469-475.

LIU Bozheng, DONG Shijia, YU Baojun, et al. Effect of Ceramic Separator Thickness on the Safety of Phosphate Iron Lithium Battery[J]. J Wuhan Univ （Nat Sci Ed）, 2023,69(4):469-475.
刘伯峥, 董世佳, 于宝军, 等. 陶瓷隔膜厚度对磷酸铁锂电池安全性的影响[J]. 武汉大学学报（理学版）, 2023,69(4):469-475. DOI： 10.14188/j.1671-8836.2022.0251.

LIU Bozheng, DONG Shijia, YU Baojun, et al. Effect of Ceramic Separator Thickness on the Safety of Phosphate Iron Lithium Battery[J]. J Wuhan Univ （Nat Sci Ed）, 2023,69(4):469-475. DOI： 10.14188/j.1671-8836.2022.0251.

摘要

为识别隔膜轻薄化潜在的安全风险，采用方形铝壳磷酸铁锂动力电池系统地对比了（9+3）μm陶瓷隔膜（9CCS）与（7+3）μm陶瓷隔膜（7CCS）电池过放电、过充电、外部短路、加热、挤压和针刺安全性能。结果表明，隔膜变薄增加了电池的安全风险，相比9CCS隔膜，7CCS隔膜力学强度及抗热收缩性降低，安全测试表现为最高温升、电池阻抗及厚度明显增加，造成过充电热失控荷电态（SOC）提前7.2%，加热引发热失控的温度降低10 ℃，362 kN挤压发生热失控，针刺引起安全阀提前6 s开启，浓烟释放持续时间更长。本研究为开发更高能量密度动力电池的隔膜选择及体系、结构等优化改善提供了数据支撑。

Abstract

In order to identify the potential safety risks of lighter and thinner separator, the safety performance of (9+3) μm ceramic coated separator (9CCS) and (7+3) μm ceramic coated separator (7CCS) batteries were systematically compared in terms of over-discharge, overcharge, external short circuit, heat, crush, and nail penetration by using prismatic aluminum-shell phosphate iron lithium power battery. The results show that thinner separator increases the battery safety risks. Compared with 9CCS, the mechanical strength and heat shrinkage resistance of 7CCS are reduced. The battery safety test phenomena show that the maximum test temperature, battery resistance and thickness of the 7CCS batteries rise significantly, resulting in the 7.2% advance of thermal runaway (TR) state of charge (SOC) triggered by overcharge, the reduction of TR temperature about 10 ℃ triggered by heating, the occurrence of TR during 362 kN crush, the open of safety vent 6 s ahead of time caused by nail penetration, and the extension of smoke release time. This study provides data support for the development of higher energy density power battery in separator choice, system and structure optimization.

关键词

隔膜磷酸铁锂动力电池安全性能

Keywords

separatorphosphate iron lithiumpower batterysafety

references

LI W， XIA Y， CHEN G H， et al. Comparative study of mechanical-electrical-thermal responses of pouch， cylindrical， and prismatic lithium-ion cells under mechanical abuse［J］. Science China Technological Sciences， 2018， 61（10）： 1472-1482. DOI： 10.1007/s11431-017-9296-0http://dx.doi.org/10.1007/s11431-017-9296-0.

LI W， XIA Y， ZHU J E， et al. State-of-charge dependence of mechanical response of lithium-ion batteries： A result of internal stress［J］. Journal of the Electrochemical Society， 2018， 165（7）： A1537-A1546. DOI： 10.1149/2.0051809jeshttp://dx.doi.org/10.1149/2.0051809jes.

李磊，李钊，姬丹，等. 过充电触发的LFP和NCM锂离子电池的热失控行为：差异与原因［J］. 储能科学与技术， 2022， 11（5）： 1419-1427. DOI： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0548http://dx.doi.org/10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0548.

LI L， LI Z， JI D， et al. Overcharge induced thermal runaway behaviors of pouch-type lithium-ion batteries with LFP and NCM cathodes： The differences and reasons［J］. Energy Storage Science and Technology， 2022， 11（5）： 1419-1427. DOI： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0548（Chhttp://dx.doi.org/10.19799/j.cnki.2095-4239.2021.0548（Ch）.

于继航，周培俊，蒋洋生. 电解液阻燃添加剂对锂离子电池针刺安全性影响试验研究［J］. 消防科学与技术， 2022， 41（9）： 1209-1212. DOI： 10.3969/j.issn.1009-0029.2022.09.008http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-0029.2022.09.008.

YU J H， ZHOU P J， JIANG Y S. Experimental study on the effect of electrolyte flame retardant additives on the nail penetration safety of lithium-ion battery［J］. Fire Science and Technology， 2022， 41（9）： 1209-1212. DOI： 10.3969/j.issn.1009-0029.2022.09.008（Chhttp://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1009-0029.2022.09.008（Ch）.

于冉，金翼，刘家亮，等. 基于复合隔膜的高安全性锂离子电池［J］. 电池， 2022， 55（6）： 661-666.DOI： 10.19535/j.1001-1579.2022.06.014http://dx.doi.org/10.19535/j.1001-1579.2022.06.014.

YU R， JIN Y， LIU J L， et al. High-safety Li-ion battery based on the composite separators［J］. Battery Bimonthly， 2022， 55（6）：661-666.DOI： 10.19535/j.1001-1579.2022.06.014（Chhttp://dx.doi.org/10.19535/j.1001-1579.2022.06.014（Ch）.

张青松，赵洋，刘添添. 荷电状态和电池排列对锂离子电池热失控传播的影响［J］. 储能科学与技术， 2022， 11（8）： 2519-2525. DOI： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0177http://dx.doi.org/10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0177.

ZHANG Q S， ZHAO Y， LIU T T. Effects of state of charge and battery layout on thermal runaway propagation in lithium-ion batteries［J］. Energy Storage Science and Technology， 2022， 11（8）： 2519-2525. DOI： 10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0177（Chhttp://dx.doi.org/10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0177（Ch）.

董思捷，张新春，汪玉林，等. 不同挤压载荷下圆柱形锂离子电池的失效机理试验研究［J］. 中国机械工程， 2022， 33（8）： 915-920. DOI： 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.005http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.005.

DONG S J， ZHANG X C， WANG Y L， et al. Experimental study of failure mechanism of cylindrical lithium-ion batteries under different compression loadings［J］. China Mechanical Engineering， 2022， 33（8）： 915-920. DOI： 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.005（Chhttp://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2022.08.005（Ch）.

袁园，张道振，彭波，等. 隔膜对锂离子电池针刺安全性的影响［J］. 电池， 2021， 51（5）： 486-489. DOI： 10.19535/j.1001-1579.2021.05.012http://dx.doi.org/10.19535/j.1001-1579.2021.05.012.

YUAN Y， ZHANG D Z， PENG B， et al. Influence of separator on nail penetration safety performance of Li-ion battery［J］. Battery Bimonthly， 2021， 51（5）： 486-489. DOI： 10.19535/j.1001-1579.2021.05.012（Chhttp://dx.doi.org/10.19535/j.1001-1579.2021.05.012（Ch）.

陈萌，刘中奎，李凯，等. 电池挤压安全性能的影响因素［J］. 电池， 2021， 51（2）： 143-146. DOI： 10.19535/j.1001-1579.2021.02.009http://dx.doi.org/10.19535/j.1001-1579.2021.02.009.

CHEN M， LIU Z K， LI K， et al. Influencing factors of extrusion safety performance of battery［J］. Battery Bimonthly， 2021， 51（2）： 143-146. DOI： 10.19535/j.1001-1579.2021.02.009（Chhttp://dx.doi.org/10.19535/j.1001-1579.2021.02.009（Ch）.

JUNG B， LEE B， JEONG Y C， et al. Thermally stable non-aqueous ceramic-coated separators with enhanced nail pe-netration performance［J］. Journal of Power Sources， 2019， 427： 271-282. DOI： 10.1016/j.jpowsour.2019.04.046http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.04.046.

WANG E， WU H P， CHIU C H， et al. The effect of battery separator properties on thermal ramp， overcharge and short circuiting of rechargeable Li-ion batteries［J］. Journal of the Electrochemical Society， 2019， 166（2）： A125-A131. DOI： 10.1149/2.0381902jeshttp://dx.doi.org/10.1149/2.0381902jes.

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