钠离子电池的平板径向压缩安全特性研究.pdfVIP

第

38

卷

第

6

期高

压

物

理

学

报Vol.

38,

No.

6

2024

年

12

月CHINESE

JOURNAL

OF

HIGH

PRESSURE

PHYSICSDec.

,

2024

DOI:10.11858/gywlxb

钠离子电池的平板径向压缩安全特性研究

1,21,21,21,21,2

马宇哲，杨

军，曹泽阳，乔志军，阮殿波

（1.

宁波大学机械工程与力学学院,

浙江

宁波315211；

2.

宁波大学先进储能技术与装备研究院,

浙江

宁波315211）

摘要：钠离子电池因其安全性高、成本低等优势成为电动汽车储能系统的主流研究对象。

在电动汽车使用过程中，电池组受到挤压载荷时有可能出现热失控，因此研究钠离子电池碰撞

安全与热失控特性对其发展至关重要。为揭示钠离子电池的平板压缩安全特性，针对正极为镍

铁锰酸钠（NaNiFeMnO）、负极为硬碳体系的18650型钠离子电池，搭建电池平板压缩

1/31/31/32

安全特性实验平台，研究电池压缩过程中的力-电-热响应，探究钠离子电池的热失控荷电状态范

围和钠离子电池的热失控临界速度范围，并分析内短路过程，探寻受损电池的二次使用界限。

结果表明：圆柱形钠离子电池荷电状态在80%和90%时发生热失控，热失控临界速度介于14～

15

mm/min之间，且电池压缩过程符合标准“4

阶段”过程，压缩受损圆柱形钠离子电池存在二次

使用安全界限。

关键词：钠离子电池；平板压缩；内短路；热失控

中图分类号：O348.3;

O521.9;

TM911

文献标志码：A

在事故发生过程中，电动汽车的锂离子电池组很容易受到挤压载荷作用，进而出现机械变形、电

[1–3]

解液泄漏以及内短路等现象，导致电池失效，甚至可能会喷射火焰，对生命及财产造成难以估量的

[1–2][4]

损失。与锂离子电池相比，钠离子电池（sodium-ion

batteries，SIBs）因具有成本低的优势，受到电动

汽车领域学者的广泛关注。为实现SIBs在电动汽车领域的商业化使用，其安全特性研究逐渐受到

重视。

关于SIBs电滥用安全特性和热失控机理以及锂离子电池的机械滥用安全特性，已有相关实验和

[5]

理论研究。Liu等发现，电荷转移电阻、峰值电流、扩散系数和电池内部温度是电池产热的关键因

[6][7]

素。杨馨蓉等发现，40%过充的电池会出现明显鼓包胀气、内阻升高现象。位方林采用电化学方

法研究了半电池以及全电池的热力学熵变特性，发现充电阶段的可逆产热对电池有冷却效果，而放电

[8]

阶段的可逆产热对电池有加热效果。徐雄文等发现，对单电池而言，单一的过放电虽然不会