陶瓷隔膜对锂离子电池热失控影响及电池设计优化分析OA北大核心CSTPCD

本文主要研究了以聚乙烯(PE)材质为基膜、陶瓷为涂层的五种不同厚度及双面涂层的复合隔膜的表面形态、拉伸强度、穿刺强度等性能。并选择其中三款隔膜制成大容量铝壳电池进行热失控试验。研究发现,不同涂覆厚度的陶瓷涂层隔膜表面涂层致密,颗粒粒径分布范围较宽,形貌、大小相近;拉伸强度及穿刺强度方面,基膜为12μm的陶瓷隔膜不同涂覆厚度没有明显差异,并且同等厚度基膜单面涂覆和双面涂覆无明显差异;相同测试条件下,隔膜的热收缩率是(12+2+2)μm、(12+1.5+1.5)μm<(12+4)μm<(12+3)μm<(12+2)μm。采用(12+2)μm、(12+4)μm隔膜生产的电池测试发生热失控时的SOC分别为116.94%、117.64%,电池最高温度分别为530.9℃、430.7℃。实验表明陶瓷涂层厚度越大电池发生热失控的时间越迟,最高温度越低。此外,双面涂层隔膜(12+2+2)μm制成的电池发生热失控是在过充结束后的加热工步,最高温度仅为369.5℃。针对实验所产生的现象进行了分析,对电池的设计优化方向做了一些思考,指出了隔膜宽度方向超出负极极片、负极极片长度和宽度方向超出正极极片之外的部分(Overhang)的设计对于电池的安全是极其重要的,电池在设计时需要充分评估使用场景和极端条件的影响,结合选择的隔膜的热收缩率的大小,核算隔膜的收缩比例,确保Overhang的设计是满足电池全寿命周期安全需求。