發(fā)展新能源電動汽車是我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的必由之路，是應(yīng)對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。動力電池是新能源電動汽車的核心部件，約占整個(gè)電動汽車成本的40%。新能源電動汽車迫切需要鋰離子動力電池系統(tǒng)能量密度提升，以增加汽車的續(xù)航里程，滿足消費(fèi)者的使用需求。除了開發(fā)新的單體電池體系材料外，電池單體結(jié)構(gòu)和電池系統(tǒng)創(chuàng)新、減少附屬結(jié)構(gòu)件的數(shù)量及重量、提高集成效率也是提升電池系統(tǒng)能量密度的有效策略

。除了續(xù)航里程，安全性能也是消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)之一，近年來關(guān)于電動汽車起火的新聞報(bào)道屢見不鮮，從而讓消費(fèi)者心存疑慮，間接阻礙了電動汽車的發(fā)展。電池系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷標(biāo)準(zhǔn)化模組、大模組技術(shù)、創(chuàng)新集成技術(shù)等階段，各電池廠家陸續(xù)開發(fā)出cell to pack(CTP)、cell to chassis(CTC)、刀片電池、one-stop battery等創(chuàng)新結(jié)構(gòu)

，但電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件輕量化的同時(shí)，要保障結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，關(guān)注電池全生命周期內(nèi)的安全性能。隨著電池循環(huán)充放電的使用，電池壽命末期產(chǎn)生膨脹力可達(dá)15 kN以上，對電池結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度產(chǎn)生沖擊。目前眾多研究集中于動力電池關(guān)鍵材料、電池設(shè)計(jì)、電池荷電狀態(tài)、測試方法等對電池安全性能的影響

，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可保障電池使用過程中單體之間存在束縛力，關(guān)于束縛力對電池安全性能的影響目前還鮮有報(bào)道。Bai 等

采用2.0 Ah 三元Li(Ni

Co

Mn

)O

軟包電池(44.13 mm×32.87 mm×9.54 mm)以平板加熱觸發(fā)熱失控，研究了機(jī)械擠壓力對鋰離子電池?zé)崾Э氐挠绊?。天津消防研究所羨學(xué)磊等

以107 Ah電動乘用車三元Li(Ni

Co

Mn

)O

軟包電池(173 mm×14.5 mm×244 mm)為對象，研究了有壓緊力和無壓緊力兩種條件下的電池?zé)崾Э靥匦圆町?。本工作采用循環(huán)壽命末期的大容量方型鋁殼磷酸鐵鋰動力電池，以測試金屬板模擬電池單體在電池系統(tǒng)中的束縛力場景，較為系統(tǒng)地研究了束縛力對動力電池過放電、過充電、外部短路、加熱、針刺5項(xiàng)安全性能的影響，且每項(xiàng)測試單體電池?cái)?shù)量不少于2 只，揭示單體電池之間存在束縛力的重要性，以期使研發(fā)人員對電池系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)多加關(guān)注結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)電池

實(shí)驗(yàn)所用方型鋁殼磷酸鐵鋰電池為天津力神電池股份有限公司商品鋰離子電池，電池尺寸為60.0 mm×220.0 mm×112.0 mm，1 C 放電容量為172 Ah，電池經(jīng)歷1 C/1 C 充放電循環(huán)測試，容量衰減至80%左右，處于壽命末期(EOL)。

1.2 分析測試儀器

Arbin電池測試設(shè)備，BT2000-300A1CH型，美國ARBIN儀器公司；動力電池短路試驗(yàn)儀，JS-6055-5000A型，廣東貝爾試驗(yàn)設(shè)備有限公司；安全高溫試驗(yàn)箱，NK-HT-1000L 型，上海尼碩庫電子科技有限公司；動力電池針刺擠壓試驗(yàn)機(jī)，HMCT-A型，廣州市海銘測控設(shè)備有限公司；電壓內(nèi)阻測試儀，BT3562 型，日本日置(HIOKI)；數(shù)顯卡尺，三豐500-173型，日本三豐(Mitutoyo)；電子天秤，PL6001-L型，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3 性能測試

（1）過放電：①將滿電態(tài)的電池單體用1 C恒流放電90 min；②在試驗(yàn)環(huán)境下觀察≥1 h，停止測試，熱電偶位于正極側(cè)壁。

（2）過充電：①將滿電態(tài)的電池單體用1/3 C恒流充電至115%SOC，在試驗(yàn)環(huán)境下觀察時(shí)間≥1 h；②0.1 C 恒流充電至熱失控或200%SOC，在試驗(yàn)環(huán)境下觀察≥1 h。測試步驟①或②過程中，若防爆閥開啟，則停止測試，熱電偶位于正極側(cè)壁。

（3）外部短路：①以(2±0.5)mΩ阻值的外部線路，將滿電態(tài)的電池單體正、負(fù)極經(jīng)外部短路，持續(xù)至電壓降為0 V或電池觸發(fā)熱失控；②在試驗(yàn)環(huán)境溫度下觀察≥1 h，停止測試。

選取表2 中有束縛力的Cell-2 和無束縛力的Cell-5 為對象如圖6，無束縛力情況下，過充電測試過程，約在115%SOC時(shí)，電池發(fā)生熱失控，殼體底部整體破裂導(dǎo)致部分熱量噴出，所以溫度有短暫降低，隨后仍劇烈反應(yīng)，最高溫度可達(dá)305 ℃，明顯高于有束縛力時(shí)的77 ℃。

綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)除季節(jié)性趨勢之外，北京市房價(jià)與其地理位置相關(guān)，當(dāng)期位置在地鐵站或?qū)W區(qū)附近時(shí)，其價(jià)值會有一個(gè)明顯的上升。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 過放電

過放電過程，銅集流體被氧化，石墨漿料層與銅箔黏接力下降，銅離子沉積于正極，發(fā)生析銅，甚至刺穿隔膜導(dǎo)致短路；石墨表面的SEI膜也被分解破壞，電極活性材料發(fā)生不可逆衰減，最終造成電池產(chǎn)氣鼓脹，電極界面接觸不良，伴隨劇烈產(chǎn)熱及阻抗增長

。

過放電測試后，從表1可見，電池電壓均大幅降低，實(shí)測為0 V，內(nèi)阻及厚度明顯增長，且圖1表明電池殼體大面凸起，四角處的結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變形。相比之下，無束縛力時(shí)，電池呈現(xiàn)內(nèi)阻及厚度增長更大的現(xiàn)象，且由于產(chǎn)氣過多，電池厚度鼓脹太大，以至于方型鋁殼受到破壞，殼體底角處被撐裂，出現(xiàn)了漏液現(xiàn)象。因循環(huán)末期電池電解液相對匱乏，測試后現(xiàn)場只有很少量的電解液漏出，因此電池失重主要為產(chǎn)氣氣體重量。

外部短路時(shí)，電池放電電流很大，產(chǎn)熱量多，電池溫升大，甚至造成隔膜收縮或熱熔，造成內(nèi)部短路，引起爆炸風(fēng)險(xiǎn)

。從表3 可知，無束縛力時(shí)，外部短路測試后，內(nèi)阻明顯增大，均值比有束縛力時(shí)高25%；鼓脹更加嚴(yán)重(圖7)，厚度均值比有束縛力時(shí)高13%；個(gè)別測試單體重量減輕，電壓將為0 V，說明有漏液、內(nèi)部短路發(fā)生。

2.2 過充電

磷酸鐵鋰的理論容量為170 mAh/g，在方型鐵鋰電池中其充電容量達(dá)154 mAh/g，即滿電時(shí)磷酸鐵鋰晶格中約脫出90%的鋰離子，因此過充電至115%SOC 左右，理論上磷酸鐵鋰晶格中的鋰離子脫出殆盡。過充電時(shí)，磷酸鐵鋰過度脫鋰，電位升高，氧化碳酸酯溶劑，同時(shí)石墨負(fù)極發(fā)生析鋰，與碳酸酯發(fā)生還原反應(yīng)，負(fù)極沉積產(chǎn)生的鋰枝晶甚至造成內(nèi)部短路，引發(fā)一系列副反應(yīng)，溫度劇升，甚至引起爆炸

。

（5）針刺：①將滿電態(tài)的電池單體用

=8 mm的耐高溫鋼針以25 mm/s的速度，從垂直于蓄電池極板的方向貫穿，貫穿位置靠近針刺面的幾何中心，鋼針停留在蓄電池中；②在試驗(yàn)環(huán)境溫度下觀察≥1 h，熱電偶位于正極側(cè)壁。

鋼針扎入電池后，發(fā)生內(nèi)短路及大電流放電，電池溫度快速升高

。從表5可見，無束縛力時(shí)，電池存在起火的風(fēng)險(xiǎn)，但電池蓋上的防爆閥未開啟，說明起火點(diǎn)是從電池大面上的鋼針處產(chǎn)生，可燃性物質(zhì)及氣體從鋼針處釋放。電池燃燒過程火苗較大，伴隨大量濃煙釋放(圖11)，可釋放氣體及煙霧促使針刺處殼體破裂，產(chǎn)生裂縫，而有束縛力時(shí)電池針刺全過程無煙霧釋放，測試后電池外觀良好[圖12(a)]。選取表5中有束縛力的Cell-2和無束縛力的Cell-5 為對象作出圖13，有束縛力時(shí)，針刺60 min測試后，電池電壓僅降低100 mV，保持在3.3 V左右，最高溫度僅為74 ℃；無束縛力時(shí)，針刺10 min 即開始電壓降低，針刺17 min 電壓降為0 V，熱失控最高溫度達(dá)269 ℃。

從表2可見，無束縛力時(shí)，過充電測試后，電池更易發(fā)生熱失控：電壓變?yōu)? V，內(nèi)阻及厚度由于電池爆炸，不存在測量意義。有夾板束縛力時(shí)，測試后3 只電池僅防爆閥開啟，殼體結(jié)構(gòu)無破壞，有2只電池產(chǎn)生氫氣、二氧化碳、一氧化碳及烷烴等氣體(圖4)，電池失重較小，產(chǎn)氣量等于電池失重量；有1只電池發(fā)生爆炸燃燒，失重較多，電池失重包含產(chǎn)氣、燃燒、煙霧等。無束縛力時(shí)，如上所述，電池殼體底部為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的薄弱點(diǎn)，所以殼體底部先被破壞，卷芯極組從電池殼底部崩出，電池內(nèi)部的電解液溶劑、鋰鹽等燃燒分解殆盡，除上述氣體成分外，伴隨氟化氫、氟化鋰、五氟化磷、三氟氧化磷等含氟、含磷類物質(zhì)產(chǎn)生

，電池失重明顯增大，其中Cell-4崩出的極片碎屑沒有稱量，因此失重最大。防爆閥直至測試結(jié)束也未開啟(圖5)，因此在無束縛力情況下，電池過充電時(shí)，防爆閥的作用被削弱，電池的危險(xiǎn)系數(shù)更高。

（4）加熱：①將滿電態(tài)的電池單體放入溫箱中，以2 ℃/min升溫至80 ℃并維持120 min；②以2 ℃/min升溫至130 ℃并維持30 min；③以2 ℃/min升高5 ℃，并維持30 min；④循環(huán)進(jìn)行步驟③，直至電池?zé)崾Э鼗驕囟冗_(dá)200 ℃；⑤在試驗(yàn)環(huán)境溫度下觀察≥1 h。

（1）做好豬的疫苗免疫工作，不同的日齡注射不同的疫苗，如母豬產(chǎn)前45 d和15 d注射K88K99大腸桿菌疫苗，產(chǎn)出的仔豬15 d再注射水腫苗，水腫病通常就不會發(fā)生；豬瘟疫苗可以在仔豬吃初乳前1～2 h超前免疫、30日齡和60日齡再加強(qiáng)免疫，豬瘟也不會發(fā)生。該豬場豬生病由于防疫不到位，懷有僥幸心理。

2.3 外部短路

方型電池鋁殼底角結(jié)構(gòu)如圖2，其由電池殼體側(cè)壁、殼體大面、殼體底部3面構(gòu)成，該處為電池殼體底部向殼體大面或殼體側(cè)壁轉(zhuǎn)接處，厚度相對較薄，在殼體內(nèi)部氣壓下，電池厚度鼓脹變形量達(dá)36%以上，最終造成殼體底角破裂。電池頂部一方面因電池蓋板厚度大于殼體底部，另一方面由于電池殼與電池蓋板周邊焊接的熔深和熔寬均≥0.9 mm，因此電池殼頂角處的強(qiáng)度大于底角處，電池殼底角處為電池結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的薄弱點(diǎn)。選取表1中有束縛力的Cell-2 和無束縛力的Cell-4 為對象如圖3，無束縛力情況下，過放電測試過程中最高溫度為94 ℃，相比之下升高了28 ℃。此外，由于測試過程無束縛力，產(chǎn)氣、產(chǎn)熱等造成電池極組變形，電極界面接觸不良，在52～90 min 過放電階段，造成電池電壓不穩(wěn)定波動。

不過，社會上接受過急救培訓(xùn)的人數(shù)太少。中國接受心肺復(fù)蘇基本生命支持培訓(xùn)的人口，占總?cè)丝诒嚷什蛔?%，普通百姓也缺乏急救知識。

（1）過放電產(chǎn)生氣體更多，電池鼓脹率高約10%，造成電池殼底角處漏液。

2.4 加熱

方型鋁殼電池中含有多種聚合物材料，如防止極組與殼體短路的聚丙烯底墊片、聚丙烯或聚對苯二甲酸乙二醇酯Mylar 膜、聚乙烯隔膜、氟橡膠極柱密封圈以及電極中的黏結(jié)劑等，其中，在135 ℃左右隔膜會發(fā)生熱熔，溫度持續(xù)升高時(shí)會造成正負(fù)極接觸，引發(fā)內(nèi)部短路

。如表4 所示，經(jīng)過加熱測試后，電池被破壞，電池的電壓降為0 V，內(nèi)阻因開路無法測出，電解液等物質(zhì)被分解造成失重，無束縛力時(shí)，電池厚度鼓脹率可達(dá)50%，從圖9(d)與圖9(c)的比較也可看出電池大面殼體的鼓脹程度差異。

近年來，在病蟲害防治措施方面，我國積極倡導(dǎo)了很多新的防治技術(shù)，如生物防治與物理防治技術(shù)。生物防治方式主要是通過對動植物的天敵加以充分的利用，來實(shí)現(xiàn)病蟲害防治。物理防治方法主要是利用害蟲的趨光性等，通過顏色、燈光等方式對害蟲進(jìn)行誘殺，具有良好的發(fā)展前景。

從圖9 電池的俯視圖(電池頂蓋)可見，測試后電池蓋上的防爆閥均已開啟，但由于無束縛力時(shí)，電池殼體可鼓脹，腔體增大，所以減緩了防爆閥開啟時(shí)的沖擊力，因此防爆閥呈現(xiàn)開閥，但防爆膜片仍保持與電池蓋相連的狀態(tài)[圖9(b)]；相反地，有束縛力時(shí)，防爆膜片會整體開閥，爆噴而出，不再與電池蓋相連[圖9(a)]。選取表4 中有束縛力的Cell-2和無束縛力的Cell-4為對象如圖10，無束縛力時(shí)，電池極組更易形變，推測由于正負(fù)極褶皺，隔膜熱收縮等因素引發(fā)了內(nèi)部短路

，造成熱失控溫度提前約30 ℃。在155 ℃發(fā)生局部內(nèi)短路，造成瞬時(shí)大電流放電，出現(xiàn)第1次電壓突降。隨后隔膜閉孔導(dǎo)致部分短路電流通道被阻隔，出現(xiàn)短暫電壓上升，升溫至160 ℃后，隔膜熱熔面積擴(kuò)大，導(dǎo)致短路面積增大，出現(xiàn)第2 次電壓下降。溫升到165 ℃后，電池發(fā)生大面積內(nèi)部短路，電壓第3次突降，瞬間降為0 V。內(nèi)部短路造成熱量累積，產(chǎn)生高溫，同時(shí)電解液分解產(chǎn)生氣體造成殼體內(nèi)部壓力增大，以致防爆閥開啟，產(chǎn)生白色濃煙，但未發(fā)生起火及爆炸。

2.5 針刺

在敦煌變文中，《伍子胥變文》共有4個(gè)寫卷，雖然有個(gè)別寫卷情節(jié)不完整，但是保存了主體部分故事情節(jié)，表現(xiàn)其在當(dāng)時(shí)敦煌社會民間的流行的熱度?！段樽玉阕兾摹烦霈F(xiàn)了多個(gè)寫卷，這說明該變文在某種程度上符合敦煌人民心中的愿望與理想，那就是渴望賢人出現(xiàn)，渴望英雄所代表的正義戰(zhàn)勝邪惡與不公，渴望社會安寧。正是由于《伍子胥變文》有多個(gè)寫卷流傳，表現(xiàn)了當(dāng)時(shí)的人們對精神和現(xiàn)實(shí)生活強(qiáng)烈渴求，以人性的光輝抗?fàn)幧鐣暮诎?，真正體現(xiàn)了人們的審美情感評價(jià)。

表6 總結(jié)了以上5 項(xiàng)測試的關(guān)鍵信息，從測試關(guān)鍵信息、是否開閥及測試過程最高溫度可見，有束縛力的電池安全性能更優(yōu)的概率大，無束縛力 時(shí)，電池各項(xiàng)安全風(fēng)險(xiǎn)增大。因此，在電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮整個(gè)生命周期內(nèi)各個(gè)組件的機(jī)械強(qiáng)度，防止為了追求能量密度提升而過度地減少零部件數(shù)量及尺寸，從而給電池系統(tǒng)壽命末期的性能帶來安全隱患。

3 結(jié) 論

與有束縛力的電池相比，無束縛力時(shí)電池安全性能主要表現(xiàn)為：

選取表3 中有束縛力的Cell-2 和無束縛力的Cell-4 為對象如圖7，外部短路測試起始，電池均以大于1000 A(約6 C)的電流持續(xù)放電，而后電流隨電壓降低而逐漸減小。測試結(jié)束后，內(nèi)阻測試表明轉(zhuǎn)接片(連接極組箔極耳與電池蓋板極柱的結(jié)構(gòu)件)未發(fā)生熔斷。無束縛力情況下，放電40 s 左右電池正極柱溫度達(dá)到342 ℃，可造成箔極耳處隔膜熱熔，引發(fā)極組內(nèi)部短路；且放電120 s 左右電池電壓接近0 V，即使6 C連續(xù)放電120 s，電量才降低20%，說明確實(shí)有內(nèi)部短路發(fā)生。而有束縛力時(shí)，電池相對較緩慢持續(xù)放電達(dá)1000 s 以上，直至電壓為0 V，產(chǎn)生過放電，但從內(nèi)阻、厚度、測試溫度等指標(biāo)來看，有束縛力時(shí)電池外部短路的安全性會明顯提升。

（2）過充電防爆閥的作用被削弱，爆炸概率更高，爆破于電池殼底處，電池的危險(xiǎn)系數(shù)更高。

本土化妝品品牌應(yīng)將性格差異與心理分析應(yīng)用于化妝品營銷4P策略的制定中。深入了解消費(fèi)者對于化妝品心理訴求，有助于商家提供符合消費(fèi)訴求的產(chǎn)品與服務(wù)。企業(yè)可以參考消費(fèi)者性格差異，進(jìn)行市場細(xì)分，為不同類型消費(fèi)者提供差異化服務(wù)。在價(jià)格方面，營銷人員可以依據(jù)不同消費(fèi)者的價(jià)格感知差異開展不同的定價(jià)策略。同時(shí)，在渠道選擇方面，企業(yè)可以依據(jù)性格因素，提供差異化購買途徑。并且，針對不同類型消費(fèi)者的消費(fèi)者，營銷人員應(yīng)設(shè)計(jì)不同的促銷策略。

（3）外部短路造成內(nèi)阻增長率高，厚度鼓脹增長率大，發(fā)生漏液、內(nèi)部短路的概率更高。

（4）加熱引發(fā)熱失控的溫度提前約30 ℃，電池鼓脹可減緩防爆閥開啟時(shí)氣體的釋放速率，呈現(xiàn)開閥但防爆膜片仍與電池蓋相連的現(xiàn)象。

MRI增強(qiáng)掃描：采用3.0T全身核磁共振掃描儀(美國 GE)，選擇體線圈。采用自旋回波序列(SE)、短時(shí)間反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(STIR)橫斷位、冠狀位和矢狀位。T1WI掃描參數(shù)TR：350～400 ms，TE：10～20 ms，層厚6 mm，間隔1.5 mm；T2WI采用快速自旋回波序列(FSE)，掃描參數(shù)TR：3 800～4 000 ms，TE：100～110 ms，激勵(lì)次數(shù)2次，F(xiàn)OV30～35 cm，層厚6 mm，間隔1.5 mm。對比劑為Gd-DTPA，劑量0.1 mol/kg，注射對比劑5 min后，采集增強(qiáng)T1WI。

（5）針刺10～20 min 起火風(fēng)險(xiǎn)增加，伴隨大量濃煙釋放。

電池系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)時(shí)，不能過于追求電池系統(tǒng)能量密度提升、生產(chǎn)效率提升、成本降低等，一定要保障電池系統(tǒng)的零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，關(guān)注電池系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的安全性能。評價(jià)電池系統(tǒng)或模組在真實(shí)車輛使用壽命過程中或壽命初期與末期的安全性能、量化分析束縛力對電池安全性能的影響等工作有待進(jìn)一步探究。

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