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軟包和方形汽車鋰離子電池?zé)崾Э氐钠鹨蚍治龊蛯Ρ?/h1>
2021-12-03 17:22:27· 來源：能源學(xué)人
第一作者：C. Essl通訊作者：C. Essl通訊單位：奧地利格拉茨虛擬車輛研究有限公司降低電動汽車(EV)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中鋰離子電池(LIB)熱失控（TR）風(fēng)險(xiǎn)非常重要。
第一作者：C. Essl
通訊作者：C. Essl
通訊單位：奧地利格拉茨虛擬車輛研究有限公司
降低電動汽車(EV)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中鋰離子電池(LIB)熱失控（TR）風(fēng)險(xiǎn)非常重要。因?yàn)檫@可能會導(dǎo)致高溫甚至爆炸，嚴(yán)重影響電池安全性。雖然目前有很多文獻(xiàn)對電池的TR進(jìn)行了深入探究，但缺少對電池中誘發(fā)TR的起因進(jìn)行比較。此外，目前公開的文獻(xiàn)中尚未詳細(xì)比較TR過程中的放熱行為、產(chǎn)氣量和氣體成分，以及不同電池設(shè)計(jì)對失效行為的影響。
【工作簡介】
近日, 奧地利格拉茨虛擬車輛研究有限公司的C. Essl等人重點(diǎn)研究了由過熱、過充和針刺引發(fā)的熱失控(TR)。研究的電池類型是汽車上的軟包和硬殼方形電池。結(jié)果分為三類進(jìn)行討論：放熱行為、產(chǎn)氣量和氣體成分。研究結(jié)果對于未來開發(fā)電池測試設(shè)施和擬定相關(guān)規(guī)則具有重要價(jià)值。相關(guān)研究成果以“Comparing Different Thermal Runaway Triggers for Two Automotive Lithium-Ion Battery Cell Types”為題發(fā)表在國際知名期刊Journal of The Electrochemical Society上。
【內(nèi)容詳情】
總共對單個(gè)EV電池進(jìn)行了12次TR實(shí)驗(yàn)。電池?1和電池?2分別代表軟包電池和硬殼方形電池。
圖 1、實(shí)驗(yàn)矩陣：對每種電池（?1和?2）進(jìn)行兩次過熱、兩次過充和兩次針刺實(shí)驗(yàn)。
過熱：從電池的兩個(gè)側(cè)面均勻加熱迫使電池?1在(121±1) ℃和電池?2在(138±1) ℃進(jìn)行第一次排氣。在第一次排氣和連續(xù)加熱后，電池?1的TR臨界溫度達(dá)到（206±1）℃，電池?2的臨界溫度達(dá)到（192±1）℃。達(dá)到臨界溫度表明電池內(nèi)部開始放熱，這會加速電池的自放熱并導(dǎo)致TR。
過充：電池?1以1 C充電至(146±1)% SOC并在電壓完全下降之前以(4.93±0.03) V恒壓充電而發(fā)生TR。電池?2在達(dá)到（147±1）％SOC后以 (4.85±0.09) V 恒壓充電。在過充中檢測到兩次排氣：在第二次排氣開始前，軟包電池排氣240秒，硬殼方形電池排氣50秒。
針刺：將釘子插入電池8 mm后，?1和?2電池立即被觸發(fā)TR，電壓降至零。在針刺處可見到火花。
以下討論主要分為三類：放熱行為、產(chǎn)氣量和氣體成分，還討論了質(zhì)量損失。
1. 放熱行為
圖2顯示了電池表面、排氣口位置和反應(yīng)器內(nèi)部的溫度。電池第一次排氣時(shí)，兩種電池的溫度和反應(yīng)器壓力均有小幅增加。
圖 2、電池?1和?2的(a)(d)過熱、(b)(e)過充和(c)(f)針刺實(shí)驗(yàn)溫度比較。
過熱觸發(fā)TR
圖2a和5d顯示，由于樣品兩側(cè)均勻加熱，電池表面溫度不斷升高。兩種電池的最高溫度相似。電池?1達(dá)到584℃，比電池表面的溫度低。這是由于軟包開口造成的。相比之下，電池?2超過1200℃。
過充觸發(fā)TR
圖2b顯示，電池?1和電池?2分別在(56±1) ℃和(66±9) ℃發(fā)生第一次排氣。第一次排氣時(shí)溫度小幅增加。這表明電池?2可以承受比軟包更高的內(nèi)壓。電池?1和電池?2分別在(82±17) ℃和(96±4) ℃發(fā)生第二次排氣。與過熱相比，在過充時(shí)，由于正極和負(fù)極側(cè)鍍鋰不穩(wěn)定，二次排氣的溫度會降低。電池?1和電池?2的最高溫度分別為(906±146) ℃和(579±139) ℃。
針刺觸發(fā)TR
圖2c顯示，針刺剛開始便發(fā)生了第一次排氣，兩種電池在針刺后立即放熱，最高溫度相似。電池?1的排氣口最大溫度低于電池表面最大溫度。電池?2排氣口最大溫度達(dá)到1000 ℃以上。
比較電池?1和?2的結(jié)果
上述結(jié)果表明，與軟包電池相比，硬殼電池在打開之前可以承受更高的內(nèi)部壓力。電池?1的升溫速率比?2更慢。這可能是因?yàn)檐洶^早地打開導(dǎo)致。對于硬殼電池，在所有三種觸發(fā)類型中排氣溫度最大值都高于軟包狀電池。這是因?yàn)榕c軟包電池相比，硬殼電池可以更容易地測量排氣溫度，因?yàn)檐洶梢栽诤附觽?cè)打開，導(dǎo)致漏氣。盡管如此，針刺實(shí)驗(yàn)表明，軟包電池的排氣溫度也可以達(dá)到1000℃以上。兩種電池的表面最高溫度沒有顯著差異。但是平均溫度電池?1比電池?2更高，尤其是在過充實(shí)驗(yàn)中。這可能是電池?1的能量密度高于?2導(dǎo)致。
2. 排氣量
過熱觸發(fā)TR
反應(yīng)器內(nèi)的壓力在第一次排氣和電池打開后緩慢增加，最終在TR之前產(chǎn)生0.15 mol氣體。持續(xù)的壓力增加是由于電解液從電池中不斷蒸發(fā)所致。在TR反應(yīng)期間，兩種電池都釋放了大量氣體，反應(yīng)器內(nèi)的壓力在幾秒鐘內(nèi)增加到最大，如圖3a所示。電池?1的TR期間的排氣持續(xù)時(shí)間為（3.5±0.1）s。電池?2比?1釋放氣體的時(shí)間更短(2.0±0.1) s。因此，電池?2的排氣率更高。在過熱實(shí)驗(yàn)中，電池?1總共產(chǎn)生(1.56±0.04)l Ah氣體，電池?2產(chǎn)生了(1.56±0.05)l Ah氣體。
圖 3、電池?1和?2在(a)(d)過熱、(b)(e)過充和(c)(f)針刺實(shí)驗(yàn)期間的反應(yīng)器內(nèi)壓。
過充觸發(fā)TR
兩種電池的第一次排氣都排了0.13 mol氣體。在TR反應(yīng)期間，兩種電池都釋放了大量氣體，反應(yīng)器內(nèi)壓增加到最大值，如圖3b所示。電池?1在TR期間的排氣持續(xù)時(shí)間為（5.2±0.8）s，排氣速率為（47±4）l s。電池?2在TR期間氣體釋放了(1.1±0.1) s，排氣速率為(250±56)l s。電池類型?1和?2在過充期間產(chǎn)生的氣體總量明顯多于在過熱期間產(chǎn)生的氣體總量。電池?1釋放(2.79±0.02)l Ah，電池?2釋放(2.65±0.06)l Ah。
針刺觸發(fā)TR
兩種電池在針刺后立即釋放大量氣體。對于電池?1和電池?2，反應(yīng)器內(nèi)壓增加到最大值。電池?1TR期間的排氣持續(xù)時(shí)間為（3.1±0.9）s，這比在過熱或過充時(shí)更快。電池?1在針刺中的排氣速率是(182±65)l s。電池?2的行為與軟包電池不同，在TR期間氣體釋放需要(11.5±2.5)秒。在圖3f中，可以看到反應(yīng)器內(nèi)壓逐步增加。電池?2在針刺中的排氣速率為(140±76)l s。電池?1產(chǎn)氣量為(1.71±0.07)l Ah，電池?2為(1.77±0.03)l Ah。在針刺引發(fā)的TR中，產(chǎn)氣比過充引發(fā)的TR少，但比過熱引發(fā)的TR產(chǎn)氣多（圖4b和4f）。
圖 4、電池?1和?2的過熱、過充和針刺TR實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)的比較：（a）電池TR實(shí)驗(yàn)期間的表面最高溫度；(b)每Ah產(chǎn)氣量；(c)產(chǎn)生50%氣體的最小排氣持續(xù)時(shí)間和(d)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中電池質(zhì)量的總損失。
比較電池?1和?2的結(jié)果
在電池?1的過熱和過充實(shí)驗(yàn)中TR持續(xù)時(shí)間（TR期間的壓力增加）比電池?2長。在圖3e中，在電池?2過充期間反應(yīng)器內(nèi)壓增加。對于硬殼電池，壓力增加不像軟包電池那樣平穩(wěn)，在達(dá)到最大壓力之前可以看到兩個(gè)峰值。對于圖3f中的硬殼電池針刺實(shí)驗(yàn)，可以更清楚地看到兩個(gè)峰。對于兩種電池類型，每Ah的排氣量都非常相似。兩種電池有都具有相同的容量(Ah)和相似的正負(fù)極化學(xué)成分，但電解質(zhì)成分不同。因此，電解質(zhì)組成不會影響產(chǎn)氣量。兩種電池在TR期間產(chǎn)生50%排氣量的最短持續(xù)時(shí)間不同（圖4c和4g）。對于電池?1，50%排氣時(shí)間高于電池?2，特別是在過熱和過充電時(shí)。此外，電池?1在過熱和過充的TR 期間排氣持續(xù)時(shí)間比硬殼電池長。這也導(dǎo)致電池?1在TR期間具有較低的排氣速率和較弱壓力峰值。因此，電池和排氣設(shè)計(jì)以及活性材料層的包裝似乎會影響TR的反應(yīng)時(shí)間，從而影響安全相關(guān)參數(shù)。
3. 排氣成分
兩種EV電池在TR過程中產(chǎn)生的氣體主要是CO、CO2、H2和高階碳?xì)浠衔铩?/span>
圖 5、電池?1和?2在過熱、過充和針刺實(shí)驗(yàn)后的排氣成分。
過熱實(shí)驗(yàn)
電池?1的主要?dú)怏w成分：30% CO2、26% CO、15% H2、10% C2H4、5% CH4、4% H2O、3% EMC和1%以下的C4H10、C2H6、C2H2。電池?2：30% CO、21% CO2、15% H2、5% C2H4、5% CH4、4% H2O、2% DMC、2% C4H10，以及更低的1% EMC、C2H6、C2H2, C6H14。
過充實(shí)驗(yàn)
除了比過熱更多的氣體外，兩種電池在過充時(shí)都產(chǎn)生了更多的CO和H2，以及稍高的CO2和CH4。電池?1在過充時(shí)產(chǎn)生的CO((2.27±0.05) mol)和H2((1.77±0.03) mol)是過熱和針刺時(shí)的兩倍。與過熱相比，電池?2在過充實(shí)驗(yàn)中還產(chǎn)生了1.6倍的CO((1.93±0.06) mol)和2.8倍的H2((1.71±0.04) mol)。CO和CO2主要在正極側(cè)產(chǎn)生，負(fù)極側(cè)主要成分是H2，并測量到少量CH4、C2H4、C2H6、CO和CO2。
圖 6、電池?1和?2相比，在過熱、過充和針刺實(shí)驗(yàn)后主要排氣成分含量的比較。
針刺實(shí)驗(yàn)
兩種電池針刺后產(chǎn)生的CO體積百分比最低，而C2H4值則是最高。H2值低于過充電，但高于過熱。與過熱相比，電池?2的CO2增加。在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中測量的氣體成分高度一致，并且對于大多數(shù)氣體成分，偏差低于3%。
比較電池?1和?2的結(jié)果
對于兩種電池，都會產(chǎn)生大量的CO，尤其是在過熱和過充實(shí)驗(yàn)中。在過充實(shí)驗(yàn)中，CO量高于CO2量。CO2:CO比小于1可能是因?yàn)閮煞N電池的能量密度較高導(dǎo)致。氣體成分隨電解質(zhì)成分的不同而變化。兩種電池的活性材料非常相似，但使用了不同的電解質(zhì)。在電池?1中，主要電解質(zhì)成分是EC:EMC(1:1)，而電池?2為EC:DMC:EMC(2:3:3)。對于電池?1，電解質(zhì)蒸汽為EMC，但沒有監(jiān)測到EC。這可能是由于EC部分分解和部分冷凝在TR反應(yīng)器內(nèi)，因?yàn)镋C的沸點(diǎn)高于反應(yīng)器內(nèi)的氣體溫度。對于電池?2，可以監(jiān)測到DMC和EMC。電池?1在三種觸發(fā)條件下產(chǎn)生更高的C2H4濃度，并且CO2值也高于電池?2。這可能與電池?1中EC量更高相關(guān)。
4. 質(zhì)量損失
在整個(gè)TR實(shí)驗(yàn)中，電池?1中過熱觸發(fā)的TR損失了(56±1)%的初始重量，電池?2為(47±1)%。與過熱相比，過充的電池質(zhì)量損失明顯更高。在針刺TR中，兩種電池的質(zhì)量損失最低。
比較電池?1和?2的結(jié)果
總的來說，電池?1比電池?2損失的質(zhì)量更多。不同的外殼和不同的能量密度會影響質(zhì)量損失。對于電池?2，金屬外殼的質(zhì)量比鋁箔的質(zhì)量大，有助于精確測量重量變化。除了外殼，軟包電池?1可能比硬殼電池?2損失更多的質(zhì)量，因?yàn)殡姵?1具有更高的能量密度。
【結(jié)論】
比較三種不同的觸發(fā)方式：過充觸發(fā)的TR比過熱和針刺更嚴(yán)重，導(dǎo)致更多排氣量、更高的質(zhì)量損失和更多的易燃?xì)怏w。過溫TR的排氣速率低于過充或針刺。對于電池?1TR期間排氣的持續(xù)時(shí)間，在針刺時(shí)最短，在過充時(shí)最長。過充時(shí)測得的H2和CO值最高，而在過熱時(shí)的H2值最低。
比較兩種不同的電池：電池?1的升溫速率比?2更慢，除針刺外，電池?1的TR持續(xù)時(shí)間比電池?2長。對于電池?2，50%排氣時(shí)間比電池?1要短，TR期間產(chǎn)生的主要?dú)怏w相同且數(shù)量相似，但確切的氣體成分因電解質(zhì)成分不同而異。
2021-12-03 17:22:27· 來源：能源學(xué)人
第一作者：C. Essl通訊作者：C. Essl通訊單位：奧地利格拉茨虛擬車輛研究有限公司降低電動汽車(EV)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中鋰離子電池(LIB)熱失控（TR）風(fēng)險(xiǎn)非常重要。
第一作者：C. Essl
通訊作者：C. Essl
通訊單位：奧地利格拉茨虛擬車輛研究有限公司
降低電動汽車(EV)和消費(fèi)電子產(chǎn)品中鋰離子電池(LIB)熱失控（TR）風(fēng)險(xiǎn)非常重要。因?yàn)檫@可能會導(dǎo)致高溫甚至爆炸，嚴(yán)重影響電池安全性。雖然目前有很多文獻(xiàn)對電池的TR進(jìn)行了深入探究，但缺少對電池中誘發(fā)TR的起因進(jìn)行比較。此外，目前公開的文獻(xiàn)中尚未詳細(xì)比較TR過程中的放熱行為、產(chǎn)氣量和氣體成分，以及不同電池設(shè)計(jì)對失效行為的影響。
【工作簡介】
近日, 奧地利格拉茨虛擬車輛研究有限公司的C. Essl等人重點(diǎn)研究了由過熱、過充和針刺引發(fā)的熱失控(TR)。研究的電池類型是汽車上的軟包和硬殼方形電池。結(jié)果分為三類進(jìn)行討論：放熱行為、產(chǎn)氣量和氣體成分。研究結(jié)果對于未來開發(fā)電池測試設(shè)施和擬定相關(guān)規(guī)則具有重要價(jià)值。相關(guān)研究成果以“Comparing Different Thermal Runaway Triggers for Two Automotive Lithium-Ion Battery Cell Types”為題發(fā)表在國際知名期刊Journal of The Electrochemical Society上。
【內(nèi)容詳情】
總共對單個(gè)EV電池進(jìn)行了12次TR實(shí)驗(yàn)。電池?1和電池?2分別代表軟包電池和硬殼方形電池。
圖 1、實(shí)驗(yàn)矩陣：對每種電池（?1和?2）進(jìn)行兩次過熱、兩次過充和兩次針刺實(shí)驗(yàn)。
過熱：從電池的兩個(gè)側(cè)面均勻加熱迫使電池?1在(121±1) ℃和電池?2在(138±1) ℃進(jìn)行第一次排氣。在第一次排氣和連續(xù)加熱后，電池?1的TR臨界溫度達(dá)到（206±1）℃，電池?2的臨界溫度達(dá)到（192±1）℃。達(dá)到臨界溫度表明電池內(nèi)部開始放熱，這會加速電池的自放熱并導(dǎo)致TR。
過充：電池?1以1 C充電至(146±1)% SOC并在電壓完全下降之前以(4.93±0.03) V恒壓充電而發(fā)生TR。電池?2在達(dá)到（147±1）％SOC后以 (4.85±0.09) V 恒壓充電。在過充中檢測到兩次排氣：在第二次排氣開始前，軟包電池排氣240秒，硬殼方形電池排氣50秒。
針刺：將釘子插入電池8 mm后，?1和?2電池立即被觸發(fā)TR，電壓降至零。在針刺處可見到火花。
以下討論主要分為三類：放熱行為、產(chǎn)氣量和氣體成分，還討論了質(zhì)量損失。
1. 放熱行為
圖2顯示了電池表面、排氣口位置和反應(yīng)器內(nèi)部的溫度。電池第一次排氣時(shí)，兩種電池的溫度和反應(yīng)器壓力均有小幅增加。
圖 2、電池?1和?2的(a)(d)過熱、(b)(e)過充和(c)(f)針刺實(shí)驗(yàn)溫度比較。
過熱觸發(fā)TR
圖2a和5d顯示，由于樣品兩側(cè)均勻加熱，電池表面溫度不斷升高。兩種電池的最高溫度相似。電池?1達(dá)到584℃，比電池表面的溫度低。這是由于軟包開口造成的。相比之下，電池?2超過1200℃。
過充觸發(fā)TR
圖2b顯示，電池?1和電池?2分別在(56±1) ℃和(66±9) ℃發(fā)生第一次排氣。第一次排氣時(shí)溫度小幅增加。這表明電池?2可以承受比軟包更高的內(nèi)壓。電池?1和電池?2分別在(82±17) ℃和(96±4) ℃發(fā)生第二次排氣。與過熱相比，在過充時(shí)，由于正極和負(fù)極側(cè)鍍鋰不穩(wěn)定，二次排氣的溫度會降低。電池?1和電池?2的最高溫度分別為(906±146) ℃和(579±139) ℃。
針刺觸發(fā)TR
圖2c顯示，針刺剛開始便發(fā)生了第一次排氣，兩種電池在針刺后立即放熱，最高溫度相似。電池?1的排氣口最大溫度低于電池表面最大溫度。電池?2排氣口最大溫度達(dá)到1000 ℃以上。
比較電池?1和?2的結(jié)果
上述結(jié)果表明，與軟包電池相比，硬殼電池在打開之前可以承受更高的內(nèi)部壓力。電池?1的升溫速率比?2更慢。這可能是因?yàn)檐洶^早地打開導(dǎo)致。對于硬殼電池，在所有三種觸發(fā)類型中排氣溫度最大值都高于軟包狀電池。這是因?yàn)榕c軟包電池相比，硬殼電池可以更容易地測量排氣溫度，因?yàn)檐洶梢栽诤附觽?cè)打開，導(dǎo)致漏氣。盡管如此，針刺實(shí)驗(yàn)表明，軟包電池的排氣溫度也可以達(dá)到1000℃以上。兩種電池的表面最高溫度沒有顯著差異。但是平均溫度電池?1比電池?2更高，尤其是在過充實(shí)驗(yàn)中。這可能是電池?1的能量密度高于?2導(dǎo)致。
2. 排氣量
過熱觸發(fā)TR
反應(yīng)器內(nèi)的壓力在第一次排氣和電池打開后緩慢增加，最終在TR之前產(chǎn)生0.15 mol氣體。持續(xù)的壓力增加是由于電解液從電池中不斷蒸發(fā)所致。在TR反應(yīng)期間，兩種電池都釋放了大量氣體，反應(yīng)器內(nèi)的壓力在幾秒鐘內(nèi)增加到最大，如圖3a所示。電池?1的TR期間的排氣持續(xù)時(shí)間為（3.5±0.1）s。電池?2比?1釋放氣體的時(shí)間更短(2.0±0.1) s。因此，電池?2的排氣率更高。在過熱實(shí)驗(yàn)中，電池?1總共產(chǎn)生(1.56±0.04)l Ah氣體，電池?2產(chǎn)生了(1.56±0.05)l Ah氣體。
圖 3、電池?1和?2在(a)(d)過熱、(b)(e)過充和(c)(f)針刺實(shí)驗(yàn)期間的反應(yīng)器內(nèi)壓。
過充觸發(fā)TR
兩種電池的第一次排氣都排了0.13 mol氣體。在TR反應(yīng)期間，兩種電池都釋放了大量氣體，反應(yīng)器內(nèi)壓增加到最大值，如圖3b所示。電池?1在TR期間的排氣持續(xù)時(shí)間為（5.2±0.8）s，排氣速率為（47±4）l s。電池?2在TR期間氣體釋放了(1.1±0.1) s，排氣速率為(250±56)l s。電池類型?1和?2在過充期間產(chǎn)生的氣體總量明顯多于在過熱期間產(chǎn)生的氣體總量。電池?1釋放(2.79±0.02)l Ah，電池?2釋放(2.65±0.06)l Ah。
針刺觸發(fā)TR
兩種電池在針刺后立即釋放大量氣體。對于電池?1和電池?2，反應(yīng)器內(nèi)壓增加到最大值。電池?1TR期間的排氣持續(xù)時(shí)間為（3.1±0.9）s，這比在過熱或過充時(shí)更快。電池?1在針刺中的排氣速率是(182±65)l s。電池?2的行為與軟包電池不同，在TR期間氣體釋放需要(11.5±2.5)秒。在圖3f中，可以看到反應(yīng)器內(nèi)壓逐步增加。電池?2在針刺中的排氣速率為(140±76)l s。電池?1產(chǎn)氣量為(1.71±0.07)l Ah，電池?2為(1.77±0.03)l Ah。在針刺引發(fā)的TR中，產(chǎn)氣比過充引發(fā)的TR少，但比過熱引發(fā)的TR產(chǎn)氣多（圖4b和4f）。
圖 4、電池?1和?2的過熱、過充和針刺TR實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)的比較：（a）電池TR實(shí)驗(yàn)期間的表面最高溫度；(b)每Ah產(chǎn)氣量；(c)產(chǎn)生50%氣體的最小排氣持續(xù)時(shí)間和(d)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中電池質(zhì)量的總損失。
比較電池?1和?2的結(jié)果
在電池?1的過熱和過充實(shí)驗(yàn)中TR持續(xù)時(shí)間（TR期間的壓力增加）比電池?2長。在圖3e中，在電池?2過充期間反應(yīng)器內(nèi)壓增加。對于硬殼電池，壓力增加不像軟包電池那樣平穩(wěn)，在達(dá)到最大壓力之前可以看到兩個(gè)峰值。對于圖3f中的硬殼電池針刺實(shí)驗(yàn)，可以更清楚地看到兩個(gè)峰。對于兩種電池類型，每Ah的排氣量都非常相似。兩種電池有都具有相同的容量(Ah)和相似的正負(fù)極化學(xué)成分，但電解質(zhì)成分不同。因此，電解質(zhì)組成不會影響產(chǎn)氣量。兩種電池在TR期間產(chǎn)生50%排氣量的最短持續(xù)時(shí)間不同（圖4c和4g）。對于電池?1，50%排氣時(shí)間高于電池?2，特別是在過熱和過充電時(shí)。此外，電池?1在過熱和過充的TR 期間排氣持續(xù)時(shí)間比硬殼電池長。這也導(dǎo)致電池?1在TR期間具有較低的排氣速率和較弱壓力峰值。因此，電池和排氣設(shè)計(jì)以及活性材料層的包裝似乎會影響TR的反應(yīng)時(shí)間，從而影響安全相關(guān)參數(shù)。
3. 排氣成分
兩種EV電池在TR過程中產(chǎn)生的氣體主要是CO、CO2、H2和高階碳?xì)浠衔铩?/span>
圖 5、電池?1和?2在過熱、過充和針刺實(shí)驗(yàn)后的排氣成分。
過熱實(shí)驗(yàn)
電池?1的主要?dú)怏w成分：30% CO2、26% CO、15% H2、10% C2H4、5% CH4、4% H2O、3% EMC和1%以下的C4H10、C2H6、C2H2。電池?2：30% CO、21% CO2、15% H2、5% C2H4、5% CH4、4% H2O、2% DMC、2% C4H10，以及更低的1% EMC、C2H6、C2H2, C6H14。
過充實(shí)驗(yàn)
除了比過熱更多的氣體外，兩種電池在過充時(shí)都產(chǎn)生了更多的CO和H2，以及稍高的CO2和CH4。電池?1在過充時(shí)產(chǎn)生的CO((2.27±0.05) mol)和H2((1.77±0.03) mol)是過熱和針刺時(shí)的兩倍。與過熱相比，電池?2在過充實(shí)驗(yàn)中還產(chǎn)生了1.6倍的CO((1.93±0.06) mol)和2.8倍的H2((1.71±0.04) mol)。CO和CO2主要在正極側(cè)產(chǎn)生，負(fù)極側(cè)主要成分是H2，并測量到少量CH4、C2H4、C2H6、CO和CO2。
圖 6、電池?1和?2相比，在過熱、過充和針刺實(shí)驗(yàn)后主要排氣成分含量的比較。
針刺實(shí)驗(yàn)
兩種電池針刺后產(chǎn)生的CO體積百分比最低，而C2H4值則是最高。H2值低于過充電，但高于過熱。與過熱相比，電池?2的CO2增加。在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中測量的氣體成分高度一致，并且對于大多數(shù)氣體成分，偏差低于3%。
比較電池?1和?2的結(jié)果
對于兩種電池，都會產(chǎn)生大量的CO，尤其是在過熱和過充實(shí)驗(yàn)中。在過充實(shí)驗(yàn)中，CO量高于CO2量。CO2:CO比小于1可能是因?yàn)閮煞N電池的能量密度較高導(dǎo)致。氣體成分隨電解質(zhì)成分的不同而變化。兩種電池的活性材料非常相似，但使用了不同的電解質(zhì)。在電池?1中，主要電解質(zhì)成分是EC:EMC(1:1)，而電池?2為EC:DMC:EMC(2:3:3)。對于電池?1，電解質(zhì)蒸汽為EMC，但沒有監(jiān)測到EC。這可能是由于EC部分分解和部分冷凝在TR反應(yīng)器內(nèi)，因?yàn)镋C的沸點(diǎn)高于反應(yīng)器內(nèi)的氣體溫度。對于電池?2，可以監(jiān)測到DMC和EMC。電池?1在三種觸發(fā)條件下產(chǎn)生更高的C2H4濃度，并且CO2值也高于電池?2。這可能與電池?1中EC量更高相關(guān)。
4. 質(zhì)量損失
在整個(gè)TR實(shí)驗(yàn)中，電池?1中過熱觸發(fā)的TR損失了(56±1)%的初始重量，電池?2為(47±1)%。與過熱相比，過充的電池質(zhì)量損失明顯更高。在針刺TR中，兩種電池的質(zhì)量損失最低。
比較電池?1和?2的結(jié)果
總的來說，電池?1比電池?2損失的質(zhì)量更多。不同的外殼和不同的能量密度會影響質(zhì)量損失。對于電池?2，金屬外殼的質(zhì)量比鋁箔的質(zhì)量大，有助于精確測量重量變化。除了外殼，軟包電池?1可能比硬殼電池?2損失更多的質(zhì)量，因?yàn)殡姵?1具有更高的能量密度。
【結(jié)論】
比較三種不同的觸發(fā)方式：過充觸發(fā)的TR比過熱和針刺更嚴(yán)重，導(dǎo)致更多排氣量、更高的質(zhì)量損失和更多的易燃?xì)怏w。過溫TR的排氣速率低于過充或針刺。對于電池?1TR期間排氣的持續(xù)時(shí)間，在針刺時(shí)最短，在過充時(shí)最長。過充時(shí)測得的H2和CO值最高，而在過熱時(shí)的H2值最低。
比較兩種不同的電池：電池?1的升溫速率比?2更慢，除針刺外，電池?1的TR持續(xù)時(shí)間比電池?2長。對于電池?2，50%排氣時(shí)間比電池?1要短，TR期間產(chǎn)生的主要?dú)怏w相同且數(shù)量相似，但確切的氣體成分因電解質(zhì)成分不同而異。
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