前言

鎳鈷錳或鎳鈷鋁三元鋰離子電池具有能量密度高、低溫及循環性能好等優勢[1]，被廣泛應用于新能源汽車等領域。與此同時，三元鋰電池也存在著熱穩定性較差的缺點，三元正極材料在250-300℃的高溫下會發生劇烈的分解反應，同時釋放氧分子，誘發電解液燃燒和電池爆燃。

為滿足新能源汽車日益增長的續航里程需求，部分電池廠商致力于不斷提高電池的能量密度，因此三元鋰電池從低鎳3系電池不斷發展到高鎳8系以及超高鎳9系電池。理論上伴隨著活性金屬成分的不斷提升，正極材料和電池的熱穩定性下降，熱失控風險隨之上升。

由于超高鎳9系電池尚未實現規?；瘧?，行業內相對缺乏該類型電池的熱安全特征信息。本文利用電池絕熱量熱儀測試了9系三元鋰電池的熱失控過程，證明9系鋰電池的熱失控劇烈程度遠超其他類型的三元電池。

實驗部分

實驗結果

圖1 9系三元鋰電池熱失控(a)溫升及電壓曲線及(b)溫升速率-溫度曲線

表1 9系三元鋰電池熱失控特征參數表*

***TTR判斷條件為dT/dt =60°C/min。

根據測試數據，9系三元鋰電池自放熱起始溫度Tonset為86.78度，熱失控起始溫度TTR為202.76度，電池電壓的驟降點與TTR溫度基本一致。電池到達TTR之后具有極高的溫升速率，2s內電池表面溫度達到熱失控最高溫度1109℃，最大升溫速率約為48900℃/min。與9系鋰電池相比，如圖2所示，6系電池從TTR到達Tmax需要70s，最大升溫速率約為6500℃/min；8系電池需要5s，最大升溫速率約為20600℃/min，說明隨著鎳含量的上升，電池熱失控劇烈程度不斷提高。

圖3  樣品鋰電池(a)熱失控視頻及(b)實驗后腔體照片

另外，從視頻及圖片中發現，9系鋰電池在熱失控瞬間發生了猛烈的火焰噴射現象，并且量熱腔壁面殘留大量電池材料噴射物，也說明該電池發生了劇烈的熱失控。

結論

本次實驗利用BAC-420A大型電池絕熱量熱儀測量了9系三元鋰電池的熱失控特征參數。相關實驗數據有助于對該類電池進行改良，提升其安全性。

參考文獻：
[1]張萌啟.三元鋰電池過充熱失控特性與探測方法研究[D].導師：杜建華.華僑大學,2020.