电池是一种化学储能设备,锂离子电池作为电池的一种,自1991年商业化以来,其应用范围也越来越广。从最初的小型电子产品,推广到电动汽车、储能电站、潜艇、卫星等大型设备领域。随着锂离子电池数量的增长,锂离子电池安全事故也逐渐见诸报道,锂离子电池安全研究引起了越来越多的关注。本文主要研究锂离子三元电池在工作过程中的产热特性和在高温下的热失控特性。开展了电池充放电产热研究,基于等温环境研究温度和电流对产热的影响,发现随着温度的上升电池的产热有下降的趋势,随着电流的增加电池的产热有上升的趋势。随着温度的上升,电池电化学参数、电池性能等均随之发生改变,在环境温度不超过80°C时,电池能够进行正常的充放电,在电池温度超过80℃后电池内部材料开始分解,电池性能发生衰退,随后进入失效阶段,随着温度的持续上升,电池隔膜发生熔融,导致正负极材料接触引起电池内短路,产生大量的热,导致电流内部温度持续上升,发生热失控。研究了电池直流内阻受环境温度和荷电状态的影响,发现电池的直流内阻随环境温度的升高而有所降低,随着电池荷电状态的增加有着先减小后增加的趋势,电池的最大内阻值出现在无电状态。通过测量内阻和电压温度系数,用以估算电池在不同工作状态下的产热量,并与实验测量值进行比较,发现能够很好的预估电池的产热量。开展了电池在高温下电池组成材料的热稳定实验,研究了不同荷电状态对电池正负极材料的热稳定性的影响,发现电池正负极产热量随着荷电状态的增加有着增加的趋势,且电解液的存在会引起电极材料的产热成倍的提升。同时开展了外部热诱导条件下18650电池内外温差实验,发现电池内外温差超过14°C;研究不同荷电状态对电池的热失控特性的影响,发现电池热失控时间、热失控最大温度、热失控产生的灾害均随着电池荷电状态的增加而增加;进一步研究了电池耐热性温度随电池荷电状态的变化规律,发现随着荷电状态的上升,电池的耐热极限呈现下降的趋势,不同荷电状态下的耐热温度影响超过了 25°C。研究发现在正常充放电过程中,电池的不可逆热、可逆热占主导,电池的分解热和混合热可以忽略不计;但是在高温诱导下,电池内部物质的分解产热占主导。外部热诱导条件下,电池内部材料最先分解的是固体电解液界面膜,随着物质的分解产生的热量积聚,逐渐诱发电解液、电极材料发生分解,且内部物质之间的相互反应也产生大量的热。