相比于新鮮電池，電池在全生命周期范圍內(nèi)的熱穩(wěn)定性分析同樣重要，圖2為某款鋰離子電池在不同循環(huán)周期下的熱穩(wěn)定性演化曲線對比。從整體情況來看，不同循環(huán)周期的熱失控曲線上的溫度節(jié)點差別較大。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，SEI膜的分解溫度逐漸降低，電池發(fā)生熱失控的時間提前，越來越容易發(fā)生熱失控，這也就要求動力電池系統(tǒng)在設(shè)計和使用時，應(yīng)該充分考慮到電池在生命階段后期的實際情況，避免在電池使用一段時間后出現(xiàn)電池失效等情況，產(chǎn)生安全隱患。

圖2 某樣品在不同循環(huán)周期后的絕熱熱失控測試溫度變化曲線。（a）整體；（b）局部放大

3、動力電池單體熱失控測試評價研究

3.1動力電池?zé)崾Э赜|發(fā)方法研究

如前所述，動力電池在實際使用過程中會面臨各種各樣的環(huán)境和工況，因此需要研究和驗證其觸發(fā)安全性的好壞。目前，行業(yè)普遍采用的熱失控觸發(fā)方法，主要包括過充、加熱和針刺等，對3種典型的熱失控觸發(fā)方法的特點進(jìn)行比較，如表3所示。

表3 不同熱失控觸發(fā)方法特點比較

其它仍處在探索階段的觸發(fā)方法，還包括電池內(nèi)短路的可控觸發(fā)。該方法的觸發(fā)概率、重復(fù)性、位置自由度等均較高，但由于在實際操作中只能由電池廠進(jìn)行改裝，因此實施難度較大，從應(yīng)用的角度比較受限。

通過選取市場上常見的十幾款典型產(chǎn)品，分別以上述3種典型觸發(fā)方法進(jìn)行試驗研究，對比分析實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3種觸發(fā)方式在樣品熱失控觸發(fā)概率上存在一定的差異，即加熱的方式可以觸發(fā)所有樣品發(fā)生熱失控，針刺幾乎可以觸發(fā)所有樣品發(fā)生熱失控，過充只能觸發(fā)46%的樣品發(fā)生熱失控。分析其原因主要是由于方形電池和圓柱電池的設(shè)計結(jié)構(gòu)，過充會觸發(fā)內(nèi)部保護(hù)機(jī)制發(fā)生作用，從而避免熱失控發(fā)生。進(jìn)一步的，基于大量實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，電池?zé)崾Э氐呐袛鄺l件可采用如下方案：

判據(jù)：滿足(a)&(b)或(b)&(c),其中(a)測試對象產(chǎn)生電壓降，且下降值超過初始電壓的25%；(b)監(jiān)測高溫度達(dá)到廠家規(guī)定的最高工作溫度；(c)監(jiān)測點的溫升速度dT/dt大于或等于1℃/s，且持續(xù)3s以上。

目前，上述熱失控判斷條件已被正在制定的國家強(qiáng)制性動力電池安全標(biāo)準(zhǔn)所采用。

3.2動力電池單體全生命周期熱失控研究

隨著電池循環(huán)次數(shù)的增加，電池內(nèi)部有可能會發(fā)生SEI膜變化、鋰枝晶生長、隔膜微孔等劣化現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致電池安全性，因此研究動力電池全生命周期安全性的演變特征對于產(chǎn)品的安全、可靠應(yīng)用具有重要指導(dǎo)意義。

圖3是某款鋰離子電池的短路安全性隨循環(huán)次數(shù)的演化規(guī)律，可以看出當(dāng)循環(huán)次數(shù)達(dá)到1000次，電池的安全性會急劇劣化。總體而言，通過針對大量樣品在不同循環(huán)次數(shù)下針刺、加熱和過充安全性的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)有的鋰離子動力電池安全性演變呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性，即在達(dá)到一定的老化狀態(tài)后安全性會突然劣化。同時少數(shù)樣品又呈現(xiàn)出特殊特殊性，其安全性未隨循環(huán)次數(shù)的增加發(fā)生明顯劣化。

因此，需要針對具有特定材料體系和結(jié)構(gòu)設(shè)計的特定對象開展測評，從而為全生命周期內(nèi)電池管理系統(tǒng)和安全防護(hù)措施的設(shè)計提供必要指導(dǎo)。

圖3 某款鋰離子電池在不同循環(huán)次數(shù)下短路安全性的演變