811型动力电池内部温度及生热特性测试与分析.docx

811型动力电池内部温度及生热特性测试与分析锂离子电池已广泛应用于日常消费类电源、电力储能、汽车等不同领域，其中车用动力锂离子电池本身具有能量密度高、电池容量大、充放电流大等特点，除此之外，与其他类别电池使用情况相比，动力电池的使用工况也更为复杂多变。在电池的循环使用过程中，化学能与电能的相互转化过程中，在电池内部会同时伴随发生反应热、极化热及欧姆热等生热现象，进而引起电池的温升。近年来，随着动力锂离子电池比能量的不断提高，使得电池在使用过程中所表现出的生热及温升现象也更为明显，电池一系列生热及温升现象均会对电池的应用表现带来直接影响。对动力电池使用过程中生热率和温升现象的测试与量化计算，是研究和了解电池热安全问题的基础。在对电池热特性的分析研究中，通过实验测试与数值模拟的研究方法，可实现对电池热特性参数和热安全问题的分析与预测。CForgez和X.Lin等人使用数值模拟方法对电池进行热分析研究时，采用集中热阻法，将电池内部放电生热量集中于电池中心位置处进行模拟计算。但在电池实际放电生热过程中，由于电池内部结构多为螺旋绕制或层叠式等多层式结构，所以在电池工作过程中，其内部各层均应产生热量，同时，K.Shah等人在研究中也提出，电池在实际工作时，电池内部各处均会产生热量。在测试方法中，研究者们大多采用在电池表面或电池内部布置温度传感器的方式对电池在不同工况下的温度分布进行测试。在探究温度对电池使用影响的研究文献中已有提出，锂离子电池的工作状态受工作温度的影响较为敏感，例如，在低温环境中，电池所表现出来的放电容量迅速降低、放电电压平台突降现象提前、电池内阻急剧增加等现象；在高温工作状态中，短时间内电池的放电电压平台和充放电容量均会有所增加，但若放任电池长时间持续工作在高温状态下，则会加速电池使用寿命的衰退，进一步可能演变触发热失控等严重后果。电池生热率的测试计算是研究电池生热机理和模拟预测电池温升的基础，它是分析与预测电池温度场变化及热安全事故触发的重要手段之一。为了分析研究高比能量动力电池在使用过程中的生热率和温度变化情况，本文中以21700型811三元锂离子动力电池单体作为测试研究对象，对其生热速率及温度参数进行测试与量化计算。1电池生热率计算在电池放电过程中，总的放电生热量可分为储存于电池内部中的热量和通过电池表面散失到环境当中的热量，如式(1)所示。其中qtotal(t)表示电池各时刻的总生热率，单位(W)；qin(t)表示存储于电池内部生热量的速率大小，单位(W),其增加会引起电池温升速率加快；而qout(t)则表示各时刻通过电池表面扩散至外界环境的热量，单位(W),其数值大小可由热流传感器测试获得。式(1)中qin(t)可通过电池体积、电池比热容和电池整体温度平均变化速率计算得到，如下式(2)给出的qin(t)的计算方法：式(2)中，P为电池密度，单位(kgm3);Vb为电池体积，单位(m3)；Cp为电池比热容单位(J(kg)；Tave(t)表示电池整体温度平均变化速率，单位(Cs)。式(3)则给出了电池整体温度平均变化速率的计算方法；式(3)中，Tin(t)表示单位时间电池表面平均温度变化量，单位(°Cs);Tout(t)表示单位时间电池内部中心温度变化量，单位(°Cs)o本文测试中所使用的电池外形型号为21700型，由此可得出此电池外形结构为底面直径为21mm,高度为70mm的正圆柱形,计算得出电池体积Vb等于2.42×10-5m3;电池质量大小为66.67go电池比热容数值大小采用LeiSheng等人所提出的测试方法计算得出。2电池热特性测试2.1 电池测试工况设计测试中选用全新的21700型811三元锂离子动力电池作为测试对象，电池标称容量为4.6Ah,标称电压为3.6V。测试中所使用恒温箱型号为H/GDW-225L,其温度均匀度为±2。温度数据采集仪为H1OKI-LR8432型，热电偶采用T型热电偶。使用新威CT系列充放电测试柜对电池进行充放电测试，并实现对电池充放电压、电流、容量等参数的实时记录。为了研究不同环境温度工况下电池的放电热特性，如表1中所示，为本文所有测试工况设定量。2.2 电池的破壳测试方案为了研究电池内部温度及产热特征，现对电池进行局部破拆并在其内部中心位置布置热电偶，该操作主要包括以下几个主要步骤：（1）对待测电池在破壳前进行充放电测试，并记录相关测试参数结果；（2）因为在低温环境中，电解液的流动性相对较差，所以在对电池进行破壳前，先将电池置于-2（C恒温箱内3h后再进行破壳操作，确保电解液的泄漏量十分微小；（3）在电池负极底壳处进行破壳操作，在电池内部中心位置布置热电偶，然后迅速密封；（4）在对电池负极底壳处进行破封期间，应注意避开负极处的极耳连接片，破封完成后将热电偶布置到预设位置处，并用真空封泥对电池破封处进行重新密封。2.3 传感器布置图1所示为温度和热流密度传感器布置示图。如图1中（a）图所示，在电池表面沿高度方向上以互成120o角分别在上中下三处位置布置T型热电偶Tcl,Tc2,Tc3；TCin表示插入电池内部中心位置处的T型热电偶，其布置实图如图1中（b）图所示。为了保证热流传感器与电池表面的良好接触，先使用导热银硅脂填充于热流传感器与电池圆周表面之间，再使用聚酰亚胺高温胶带将柔性薄膜式热流传感器固定在电池圆周表面上，其布置实图如图1中（C）图所示；TCin热电偶放置位置为电池内部的1/2高度位置处，将TCin热电偶放置完成后，使用真空封泥对破壳后的电池底面进行重新密封。2.4 电池的隔热处理在恒温箱对箱体内温度进行调节时，箱体内可能会发生结露现象，另外，箱体内风机循环风也会对电池的散热条件也会产生影响，所以在试验过程中需要对电池进行隔热处理。如图2所示，先用导热系数为0.02wmk,厚度为20mm厚的气凝胶毡对电池及充放电接线柱进行初次包裹，再将其放入硬质聚氨酯泡沫塑料箱内，进而起到对电池的二次保温及防潮作用。为对比分析有/无保温隔热措施对测试结果的影响，此处以30环境温度在IC倍率恒流放电工况为例，分别进行了测试对比分析，得到了如图3（a）和图3（b）所示电池表面温度TC1,Tc2,Tc3和电池内部温度TCin的变化曲线。对比结果表明，在有保温隔热措施时，电池表面温度场变化波动更小且变化趋势也更为平稳。例如，通过对比两者在电池表面3处测温点最大温差值可知，电池表面最大温差分别为0.8°C和1.4,所以对电池进行保温布置后再进行放电测试可明显减小电池表面温差。而且，这两种工况下电池的最大内外温差分别为3.3和6.4°C,这也说明电池进行保温布置后，也可以明显减小放电过程中电池内外的温差梯度。因此，通过上述测试结果，对电池进行保温布置可使电池内外温度场分布更为均匀，温度场变化更为平稳，从而可提高对电池温度变化函数的拟合精度，进而提高对电池放电生热率的计算精度。3测试结果分析3.1 环境温度对电池放电参数的影响调节恒温箱温度分别至表1中所述的-20,-10,0,10,20,30,40,待电池内外温度与环境温度之间相差±0.1°C,热流密度值波动在±lWm2之间时，可认为电池温度与环境温度已保持一致，然后再进行放电。图4所示为电池在各环境温度工况下，以IC倍率恒流放电时，放电电压参数的变化趋势。环境温度对电池放电的影响主要体现在初始放电电压的降低上，如图4所示，尤其是在0以下的低温环境中，环境温度对放电初期电压压降的影响最为明显。这是因为在0时，电池内部的锂离子活性降低，电解液流动性减弱，导致内阻急剧增大，放电过程中产生的热量也随之增大。随着放电的进行，电池内部因生热量的积累使得电池本体温度逐渐升高，电池放电电压出现了明显的回升现象，电压回升的具体详情可见表2中所示。由图4中所示电压变化曲线可以得出，就总体而言，在电池的全放电过程中，放电电压整体平台随着放电环境温度的升高而升高；当变化相同环境温度梯度时，与环境温度大于等于10。C中相比，在低温环境温度区段内温度的变化对放电电压的影响更为明显；环境温度的降低不仅减小了放电电压，而且还缩短电池的放电时长。由于电池的放电工况为恒流放电，因此，随着放电环境温度的降低,其放电容量也随之减少。如图5所示的电池放电能量变化曲线，在低温环境温度区段内，环境温度的降低对电池放电总能量减小的影响较为明显，当环境温度大于等于10时，环境温度的变化对电池总放电能量的影响程度在降低。综合以上对图4和图5的分析结果可以得到，电池的最佳放电温度范围在20°C40°C之间。再分析表2所示低温环境下电池初期放电电压回升阶段各项参数，可以得到如下变化特征:在低温环境中，当环境温度降低相同温度梯度时，环境温度越低对电池在放电初始阶段的压降影响也越为明显，例如，当环境温度由OC降至-I（TC时，电压压降的最低值由3.7351V减小至3.5342V,减小了0.2009V；而当时环境温度由-10降至-20时，电压压降的最低值由3.5342V减小至3.0580V,减小了0.4762V,与环境温度由0降至-I（TC时相比，放电电压压降的减小值增大了约237.0%。另外，由放电电压压降过程结束并开始回升的相对时间参数可以得到，当环境温度由OC分别降低至.10和20时，放电电压回升的相对时间分别从139s提前至82s和62s,分别缩短了约41.0%和55.4%的电压回升触发时间，放电电压回升触发时间的缩短可表明，环境温度的降低进一步增大了电池内阻，进而增大了电池的生热速率。分析放电电压回升阶段总时长可以得到，当环境温度由分别降低至-I（TC和20后，回升总时长分别增加了2.53倍和3.96倍，所以在低温环境中，在电动汽车启动前应对电池进行预加热处理；在不配有预加热管理系统的电动汽车中，电动汽车在启动运行阶段应避免进行急加速、爬坡等高功率电能输出动作。3.2 环境温度对电池生热率的影响根据温度和热流密度的测试结果，再联合运用式（1）、式（2）和式（3）所提供的计算方法，可以得到图6中所示的电池的生热率变化曲线图。分析图6中电池在不同环境温度下进行IC倍率恒流放电时的生热率,在低温环境中放电时,电池放电生热率较高，并随着放电环境温度的升高，电池的放电总生热率逐渐减小，当环境温度为30时，放电过程中电池的生热率达到最小值。在各环境温度工况放电测试过程中，在放电初期，电池放电生热率相差较为明显，最大差值到达约3.73W；当放电进入中期阶段时，放电生热率变化较为平稳，且在此放电阶段内，各环境温度工况下的电池放电生热率均达到最小值。通过对比分析各环境温度工况下电池的放电生热率可以得到，在环境温度为-20时，在电池放电全过程中，电池各放电时刻生热率均为最大值，由能量守恒可推算得到，在本文所列出的各放电环境温度工况中，当放电环境温度为-20°C时，电池内部化学能转化为输出电能的效率最低，与之相对，在环境温度为30中进行放电时，电池内部化学能转化为输出电能的效率达到最高。从能量利用率角度可分析得到，在放电环境温度为10°C40°C之间时，电池中输出电能的转化效率较高，由此分析所得到的最适放电温度范围与前述依据电参数分析所得到的最适放电温度范围大致相同。3.3 环境温度对电池散热率的影响图7所示为环境温度变化对电池表面散热率的影响，分析图7可知，在放电过程中，电池表面散热率数值均大于0,由此可得到，在放电过程中，电池的热特性表现为对外散热；通过对比不同环境温度下电池表面散热率变化曲线可得到，在电池放电初期和放电末期时段内，电池表面散热率变化较快，而在放电的中期阶段，电池表面散热率变化表现较为平稳；电池在低温环境(0以下)中放电测试时，电池表面散热率均明显高于其他环境温度下电池表面散热率数值。其中在放电环境为-20°C时，在放电初期，如图7中红圈标记处所示，电池散热率出现短暂平台区，由图6所示可知，在-20°C环境中放电时，电池生热率较大可导致电池内部温升加快，在短时间内电池内阻降低较快，进而导致电池放电生热率减小,在短时间内，使得电池表面温度与环境温度之间的差值近似保持不变,进而出现在放电初始阶段的散热率短暂平台期。由分析图4和图5中可知，在低温环境中，电池在初期放电时段的电压压降和总放电容量/能量的衰减均较为明显，综合以上分析可得到，在低温环境中放电时，应加强对电池的保温，以减小放电过程中电池表面的对外散热量。电池总的放电生热量可分为储存于电池内部中的热量和通过电池表面散失到环境当中的散热量，为了量化分析电池放电总生热量的分配比例，现以环境温度为20°C,IC倍率放电工况为例，计算电池总放电生热率qtotal(t)和散热率qout(t)的比例关系，其计算结果如图8所示。分析图8可得到，电池放电总生热率qtotal(t)变化曲线在电池放电开始和末期阶段数值较大，而在放电中期阶段总生热率qtotal(t)数值较小，且变化波动较为平稳，分析其原因为:在电池放电开始阶段，电池内部生热率变化受极化内阻影响较大，并随着放电的进行，极化内阻逐渐减小，电池总生热率也随之减小，到放电中期阶段电池总生热率到达最小值；当电池进入放电末期时段，电池内阻逐渐增大，从而引起电池生热率逐渐升高。电池总生热率qtotal(t)与电池散热率qout(t)的差值等于各时刻存储于电池内部生热量功率qin(t)的大小，由式(1)并结合图8可计算得到图9所示结果，在电池放电全过程中，存储于电池内部生热量功率qin(t)的数值始终大于0,其中在放电初期和放电末期两时段内，qin(t)值增长较快，且占电池总生热率的主要部分，由公式(2)可计算得到，在自然对流散热工况下，在电池放电过程中，电池本体温度始终保持上升趋势，尤其在放电末期时段内，由于长时间温度的积累，以及存储于电池内部生热量功率qin(t)的数值较大且增长速率较快，进而可引起电池温度的进一步升高和温升速率的进一步加快。根据对电池总生热率的分配比例计算分析可以得到，在加强低温环境放电工况保温措施的同时，在常温及高温放电环境中，应对电池采取主动散热，其中，在放电末期阶段应增大主动散热冷负荷量。4讨论在本文上述的研究中，对电池进行了破壳内置热电偶的操作，因此有理由怀疑该操作对电池性能的影响。为此在上述研究之前，开展了一组对比研究。即将单体电池破壳前后的放电电压、放电容量、放电能量和电池表面温度各参数分别进行了测试和分析。设定环境温度为20条件下，对全新待测电池进行破壳前后的IC倍率恒流放电测试。根据测试结果，图10为电池负极底壳处破封前后放电电压对比图，其中Usealed和Uunsealed分别表示电池破壳前后的放电电压。从图10所示放电电压对比图中可以得到，从放电开始至放电进行至3000秒的放电时段内，破壳前后电池的放电电压差值约在0.015V之内，当放电进入300OS以后，破壳前后电池的放电电压差别逐渐加大。但是，破壳后电池的放电容量和放电能量与未破壳前相比分别仅减小了约2.2%和2.3%,同时，由能量守恒可分析得出，在放电过程中，电池内部化学能可分别转化为电能和热能对外输出，再由电池破壳前后的放电容量和放电能量数据对比可分析得到，电池破壳前后，电池内部化学能转化为电能的输出效率可近似认为保持不变，进而可推算得到，电池破封前后，电池的放电生热量和生热速率可近似认为保持一致。图H所示为电池破壳前后，电池放电过程中电池表面上中下3处位置处温度曲线变化对比图。在相同放电时段内，破壳前后电池表面各对应位置处温度偏差值均在0.5°C之内。由以上对图10和图11分析结果可知I,本文采取的破壳埋设传感器的操作，对本文的研究结果影响较小。5结论本文运用了低温冷却处理单体电池后破壳内置热电偶，在外表面布置柔性薄膜热流密度传感器的方法，通过设计测试方案和计算方法，实现了对电池放电生热率的量化计算，分析了高能量密度811三元正极材料动力电池在放电过程中的热特性，得到了如下结论：(1)破壳内置传感器后封装的单体电池其放电电压、放电容量及放电能量的参数变化较小，是一种有效的热分析手段。(2)通过测试对比不同环境温度下电池的放电生热率，以及放电电压、容量和能量参数，可得到较为一致的电池最适放电温度范围，并从放电生热率和能量利用率角度为环境温度对放电效率的影响进行了量化分析。(3)在设计试验测试方案和计算方法中，对电池采取保温布置的试验设计方案，可提高在不同环境温度中，对电池放电生热率的测试计算精度。(4)在自然对流工况下，电池放电过程中存储于电池内部的生热量占电池总生热量的主要部分。通过对811型三元动力电池进行放电生热率测试及量化分析，可为此类电池在使用过程中的热安全防护，以及热管理设计中的热负荷计算提供必要基础的测试数据和分析方法。附：不同滥用条件下21700型锂离子电池热失控特性研究近些年来，我国的纯电动汽车行业得到了快速的发展。随着对汽车长续航里程要求的不断提高，三元锂离子电池得到了大力的发展并逐渐成为主流动力电池。相对于传统的磷酸铁锂电芯，三元锂电芯具有能量密度高、耐低温以及电压平台大等优势。然而三元锂离子电池的热稳定性较差，在过充、短路、过热与撞击等滥用条件下会引发热失控并伴随着起火甚至爆炸现象。据统计，2019年58月我国共发生79起新能源汽车不安全事故，其中三元锂离子电池占比约86%,从而使得三元锂离子电池的安全性与稳定性受到社会的广泛关注。锂离子电池热失控的主要原因是内部产热速率远高于散热速率，热量积累进而引起电池内部材料的连锁分解反应，最终导致起火、爆炸。2015年民航局发布机场地面特种车辆“油改电”专项试点工作正式启动，将对旅客摆渡车、旅客登机梯与集装货物装载机等特种车辆进行动力改造，采用锂离子电池作为动力来源。若新能源特种车辆在使用过程中发生火灾事故，必将严重影响机场的安全运行。锂离子电池热失控触发的外界诱因大体分为:电滥用、热滥用与机械滥用。文献通过研究表明，相同条件下过充引发的热失控剧烈程度要大于针刺和过温热失控。而对于热滥用与机械滥用引起的热失控特性对比分析研究较少。因此,本文选择3种不同的极端条件(过热、针刺与撞击)，针对新型21700锂离子电池开展热失控试验，重点对比分析在过热条件与机械滥用条件下所引发的热失控特性差异。1试验概况1.1试验对象试验中所用样品为21700型单体锂离子电池，正极材料为三元LiNi0.6Co0.2Mn0.202(NCM),负极材料为石墨。额定容量为400OmAh,荷电状态(StateOfCharge,SOC)均选择100%。具体参数见表1。表1电池样品物性参数Table111<physicalparameteroflithium-ionliattrry项目名称额定容量40mAh正极材料三元材料负极材料石举荷电状态1.2 试验仪器试验过程中对锂离子电池表面温度与开路电压进行实时监测。采用无纸记录仪与K型热电偶来测量电池表面温度变化，在电池表面均匀布置3支K型热电偶(TCI-TC3),测量范围01200,精度为0.01,具体位置如图1(a)所示。同时利用电压测试仪(TH2523A)测量电池开路电压的变化，测量精度为0.05%。为保证人员安全，试验全程在ImXImXlm的密封防爆舱内进行。(b)外力作用位置(a)温度测点分布图1试蛤布置示意图过焦(b)针则15.8 mm1.3 试验工况试验中设置3种不同的工况:过热、针刺与撞击，具体布置详情见图2。过热:采用功率为150W的加热棒对电池进行持续加热，直至引发热失控,并立即切断加热电源;针刺:将电池水平放置，利用直径5mm的钢针沿径向作用于电池中心，针刺速度为0.5mms,深度为21mm,针尖的圆锥角为60°。撞击:将电池水平放置，将直径15.8mm的钢柱十字交叉放置于样品中心位置，利用IOkg的重物从610mm的高度自由垂直落到电池上方的钢柱。不同工况下外力作用点与电池接触位置均保持一致，如图1(b)所示。为保证数据的可靠性，相同工况下试验重复进行3次。(C)撞山图2工况设置示意图2试验结果与分析2.1 热滥用热失控试验分析采用过热条件来模拟电池在应用过程中处于局部高温后(暴晒或者接触火源)的状态变化。由图3可知，加热条件下锂离子电池触发热失控，表面温度存在一个突增阶段。由于隔膜受外部热源的影响，孔隙率逐渐减小，导致电池温度还未升至最高值时，电压已急剧下降。当温度上升幅度28°Cs时，定义锂离子电池发生热失控。经过分析数据发现，锂离子电池热失控临界温度(TonSet)为(201.34±2.60)同时温度峰值分别为TClmaX=738.55,TC2max=811.46,TC3max=717.350Co由于温度测点TC2与热源相距较近，且TCl与TC3两测点处散热速率要优于TC2,因此导致TC2max最高。在热失控初始阶段，锂离子电池表面温度以近似线性上升，温升速率约为0.195°Cs0在泄压阀开启阶段，内部高温物质向外释放使得电池温度短暂下降，温升速率约为0.136oCso在热失控喷射阶段的温度速率(5)约为11.76°Cs.同时由图4可看出，经过热失控后电池形状发生较大变化，壳体表面的铝塑膜完全碳化、变黑。当锂离子电池温度超过69时会开始进入自产热阶段，伴随一系列自加速放热反应，如:固体电解质界面膜(SOlideleCtrOIyteinterface,SEl)分解、电解液的氧化以及电极材料的分解。随着热量的逐渐积累，使得内部反应不断加速，最终引发热失控。锂离子电池的开路电压(U)在试验初始阶段一直处于稳定状态(约4.16V),在加热到805s时电压掉落至0.96V,此时电池表面温度(TC2)约182.71。当温度升至211.00°C时，电压直接掉落至OV,后续阶段再未发生变化。主要原因是隔膜受温度影响发生变形、融断，导致电极直接接触发生内短路，从而使得电压掉落。图3过热条件下电池表面温度与电压变化曲段碳化并变焦光体表面破裂变形、弯曲图4实验后电池形状特征变化2.2 针刺热失控试验分析在动力锂离子电池的应用场景中，存在尖锐物刺入电池内部的可能性，机械损伤极容易引起电池起火、爆炸。针刺试验可模拟电池发生异物刺入后的极端表现，将钢针沿电芯的中心位置垂直插入，使得正负极片接触强制发生内短路，能量通过短路点瞬间释放并引起快速温升。因此针刺试验被认为是最苛刻的安全测试。当钢针沿着电池中心刺入后，锂离子电池瞬间发生热失控并产生稳定的燃烧，形成射流火。由图5可看出，电池表面温度曲线近似垂直上升，其中，TClmax=623.4C,TC2max=697.83°C,TC3max=682.26°C,明显地发现温度测点TC2的峰值要高于TCl与TC3。分析其主要原因是刺针刺入池体内后，发生内短路释放出热量并引发一系列的热解反应，产生的大量气体，当池体内的高压气体不能及时从泄压阀排出时，电池表面壳体被涨裂。由图4的电池形状特性变化可看出，壳体破裂点位置分布在TCl与TC3对侧，内部高温物质的向外喷出后导致其表面温度下降。同时测点TC2距离针刺点距离最近，受热量扩散影响较大。针刺条件下热失控喷射阶段的温升速率（5）为19.09°Cs,明显要高于过热条件下热失控喷射阶段的温升速率。开路电压在针头刺入的瞬间由4.16V降到3.46V,随即掉落至1.30Vo表明在针刺试验初期，电池内短路点还有连接，此时电流仍能通过短路点。随着刺针深度的增加，刺针将正负极直接相连后，使得电池内部处于短路状态，开路电压直接掉落至0V。图5针刺条件下电池表面温度与电压变化曲线刺针穿透隔膜后将电极与集流体相连接，刺针提供了电池内部短路的通路，电子迁移形成电流，同时负极嵌入的Li+进入电解液，穿过隔膜向正极运动。针刺时每个电极都会被刺针独立短路，电极单元全部参与放电，电池体内会瞬间产生较大的短路电流。短路电流受短路电阻（包括刺针自身电阻及刺针与集流体之间的接触电阻）的影响，根据欧姆定律，大量电能转化为热能。能量在短时间内由针刺点集中释放并向四周扩散，加速内部材料热分解，最终发生漏液、冒烟、起火甚至爆炸现象。2.3 重物撞击热失控试验分析撞击试验是为模拟被重物碰撞后电池发生内部短路的情景。由图6可看出，撞击试验过程持续的时间非常短，且在受到撞击后锂离子电池表面温度垂直上升。其中，TClmaX=492.28,TC2max=576.95°C,TC3max=390.26°C,电池表面的温度峰值同样出现在TC2测点。经计算热失控喷射阶段的升温速率（）为45.44°Cs。开路电压在撞击的瞬间由4.15V掉落至OV,掉落速度极快。同时由于铁棒受到撞击后对电池产生挤压力，导致电池壳体发生变形。图6撞击条件下电池表面温度与电压变化曲线受到撞击的影响，电池壳体发生严重形变。电池内部的卷芯与隔膜材料被瞬间挤压，局部形变和结构重排会出现大量剪切断裂层，从而正负极层直接接触，引起电池发生内短路并产生较大的焦耳热。电池内部出现局部高温区域后继而引发其它副反应，如电极材料与电解液的热解等，进一步使得锂离子电池温度急剧升高，最终引发热失控。2.4不同滥用条件下热失控特性分析从多个参数对3种滥用条件下锂离子电池热失控特性进行分析。发现由于存在外部能量的输入，使得过热条件下热失控产生的温度峰值最高，为811.46°C,分别为针刺与撞击条件下温度峰值的116.3%与140.6%。同时相对于另外2种滥用条件下，在过热条件下电池热失控响应时间较长，为837s,分别为针刺与撞击条件下的13.7与83.7倍。因在过热条件下电池内部的蓄热是一个渐进的过程，且电池温度超过临界温度时才会触发热失控。而在针刺与撞击条件下，电池受到机械损坏的瞬间其内部会产生大量的焦耳热，立即引发热失控。3种滥用条件下热失控喷射阶段温升速率(5)分别为11.76、19.09°Cs与45.44°Cs0就热失控喷射阶段瞬间释放的高温而言，机械滥用条件下的热失控危险性要更强。同时，在过热条件下隔膜大面积熔断需要积累足够的热量，因此，电压掉落至0需要较长时间，而在机械破坏条件下开路电压几乎是瞬间掉落。表2不同工况下热失控关i参数Tal4r2ThrkeyMramr<rrwMthrrmalruw4yUnderflrrrtworin(renditionsr.热失控响电压獐幢上台序号工况；一应时同驾，I过热Kl1.46*37*11.7623«内短路)÷MMlJtl61aIQm内，日H3结论为探究新型21700三元锂离子电池在不同滥用条件下的安全性能表现，选择过热、针刺与重物撞击条件并开展热失控试验，重点分析电压与温度等关键参数的变化。主要的试验结论如下：(1)在设定的不同滥用条件下，该品牌21700锂离子电池均被引发热失控，且伴随着剧烈的起火燃烧行为。同时发现3种滥用条件下电池表面温度变化相似，且表面温度峰值均出现在TC2测点处。(2)锂离子电池在3种滥用条件下的热失控特性有所差异。其中，在过热条件下热失控产生的高温危险性最强，且触发热失控所需的时间较长。而在机械滥用条件下，机械破坏电池的瞬间就会引发热失控，进而使得应急反应时间大大缩短。同时在机械滥用条件下热失控喷射阶段短时间内释放的能量要远大于热滥用热失控。(3)通过对不同条件下热失控机理分析，发现机械滥用条件下后期阶段的热失控机理与热滥用引发热失控基本一致。不同的诱因均先在电池内部或者外部产生局部热源，随着电池温度升高至发生副反应的临界温度，一系列放热副反应被激活。并随即释放出巨大的能量，从而导致电池温度急剧上升，最终触发热失控。