锂电池满电老化危险吗？

科技 2024-12-15 11:34 北京

锂电池的制造流程通常分为三个主要阶段：极片制造、电芯封装和电池活化。在电池活化阶段，目的是确保电池中的活性物质与电解液充分反应，以实现电化学性能的稳定。活化过程包括以下几个关键步骤：预充电、化成、老化、定容等。预充电和化成的目的是为了让正负极材料进行最初几次的充放电来激活材料，形成SEI膜，使材料处于最佳的使用状态。

电池老化是指在电池组装完成并进行化成充放电后的放置过程。这一过程可以在常温或高温下进行，其主要目的包括以下几个方面：

1.将电池在高温或常温下存放一段时间，有助于电解液充分渗透到极片中，从而有利于提高电池的性能稳定性。

2.经过化成后，电池内部的石墨负极会形成一层SEI膜，通过在高温下进行老化，有助于SEI结构稳定化，形成更宽松、多孔的膜。

3.化成后，电池的电压处于不稳定阶段。经过老化，正负极材料中的活性物质可以促进一些副作用的加速进行，如产气、电解液分解等，从而迅速使锂电池的电化学性能达到稳定状态。

4.通过老化过程，可以剔除自放电严重的不合格电池，有利于筛选出一致性较高的电池。

老化工艺主要涉及三个工艺参数：

1.老化的电池充电状态：这指的是在老化过程中电池的荷电水平，SOC或电压。不同的充电状态会影响电池的老化速率和电压降K值的变化。通常，电池会在特定的充电状态下进行老化测试。

2.老化保存温度：温度是影响电池性能和自放电速率的关键因素。在高温或低温条件下，电池的化学反应速率会发生变化，从而影响电压降K值。

3.老化时间：老化时间是指电池在特定的充电状态和温度条件下存放的时间。

电池活化工艺中的老化储存时间长，温度高，比如45℃老化7天，工艺过程耗时耗能。通过优化荷电状态和温度等工艺来缩短老化时间，这是能够节省成本的有效方法。工艺优化包括提高温度，提高荷电电压等，例如100%SOC满电老化储存。但是，锂电池满电老化危险吗？

表1 发生热爆炸时，不同 SOC 电池表面最高温度与耐压罐内部最大压力差值

表2 电池爆炸当量计算结果（平均值）

锂离子电池化成后处于带电状态，极易发生热失控。赵春朋等[1]使用 EV-ARC，对量热仪腔体内的锂离子电池形成热冲击，诱导其发生热爆炸，通过测量锂离子电池热爆炸过程中的初始温度和最高温度，可以计算得到电池发生热爆炸时释放的能量，并将其换算为电池爆热和爆炸当量，获得电池爆炸当量与耐压罐内部压力、电池容量的关系。研究结果表明，电池 SOC 越高，电池在热冲击条件下发生热爆炸的时间越短，电池表面最高温度越高，计算得到的电池爆炸当量也更大，同时耐压罐中的压力值也更大，SOC 接近 100% 时，燃烧速率和爆炸强度约是 SOC为 25% 时的 2.5 倍。而当电池 SOC=0%时，电池不会发生热爆炸，是电池最安全的状态。当电池 SOC=100%时，额定容量2000 mA·h 的 18650 三元锂离子电池发生爆炸时的爆炸当量为 5.45 gTNT，电池表面最高温度达到744.84 ℃，并在 292 mL 的密闭空间中产生 40.69 bar 的压力。总之，18650 型锂离子电池的 SOC越高，即电池内部储存的能量越多，其爆炸危险性越大；所以对于高能量密度的大尺寸动力电池，更要注意电池的热安全性，在电池活化工艺过程中，充分评估工艺安全隐患，综合工艺性与安全性的平衡，避免电池发生起火爆炸。

参考文献：赵春朋,王青松,余彦 . 密闭空间中锂离子电池的热爆炸危险性[J]. 储能科学与技术,2018,7(3):424-430

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我是锂想生活mikoWoo，分享锂电池极片机理与工艺，以及相关知识；并从零开始，做锂离子电池的工艺参数-微结构特征-电池性能的计算机模拟。顺便记录生活和工作点滴：忆我此生，记她今世，那些与女儿一起成长的趣事。

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