低温老化对锂离子电池热失控特性的影响

一、研究背景

锂离子电池在低温环境下循环使用，会因析锂、电解液分解等副反应加速老化，导致容量衰减与内阻增大。然而，低温老化对电池热失控特性的影响规律此前研究较少。理解这一关联，对于高寒地区电动汽车与储能系统的安全运行至关重要。

本研究借助绝热加速量热仪（ARC）结合气相色谱分析技术，深入探究18650型锂离子电池在低温循环条件下的老化机制与热失控特性的内在关联，重点分析低温循环老化对电池热失控产气成分、爆炸风险及喷射火行为的影响规律。

二、实验设计

实验选取不同健康状态（SOH）的锂离子电池样本，通过低温循环老化获得不同老化程度的电池，随后开展热失控测试。实验方案如下：

• 老化处理：在低温环境下进行循环充放电，获得不同SOH的电池样本；
• 热失控测试：利用小型电池绝热量热仪，采用典型温度恒温模式，模拟理想绝热环境；
• 产气分析：配套密封罐装置同步实现产气压力测试与气体收集，联用气相色谱仪分析产气成分；
• 喷射火行为：开展不同SOH电池的热失控喷射火行为实验。

热安全团队（thermsafe.cn）为同类研究提供专业的热失控测试与产气分析服务，支持定制化实验方案设计。

三、实验结果与分析

3.1 热失控关键参数变化

实验数据表明，随着电池SOH下降，热失控起始温度呈下降趋势，热失控最高温度与最大热失控速率则有所上升，表明老化电池的热稳定性明显劣化。这一现象与老化过程中SEI膜增厚、活性物质结构退化及电解液消耗密切相关。

3.2 产气成分与含量变化

气相色谱分析结果显示，不同SOH电池热失控产气的主要成分包括氢气、一氧化碳、二氧化碳及多种碳氢化合物。随着SOH下降，可燃气体组分（氢气、碳氢化合物）的体积分数总体上升，产气总量亦呈增加趋势。下表为不同SOH电池产气主要组分占比的典型对比：

注：表中数据经脱敏泛化处理，仅用于趋势对比。

3.3 爆炸风险与喷射火行为

基于压力-温度数据与可燃气体体积分数，运用Le Chatelier公式计算爆炸极限。结果表明，低SOH电池产气的爆炸风险指数显著高于高SOH电池。喷射火行为实验进一步显示，老化电池的喷射火扩散面积更大、持续时间更长，热危害更为严重。

四、结论与建议

本研究通过定性与定量分析，系统阐述了低温老化条件下不同SOH锂离子电池的热失控产气特性与喷射火行为特征。主要结论如下：

1. 低温老化显著降低电池热稳定性，热失控起始温度下降、烈度上升；
2. 老化电池产气中可燃组分比例与总产气量上升，爆炸风险增大；
3. 喷射火扩散面积随老化程度加剧而扩大，热危害升级。

上述研究成果将为提升电池在储能场景及梯次利用过程中的安全性提供重要理论依据与技术支撑。热安全团队（thermsafe.cn）可提供涵盖热失控测试、产气分析、绝热温升测试等在内的完整电池安全评估服务。

文末测试项目

热安全团队（thermsafe.cn）提供锂电池HWS热失控测试（绝热加速量热仪ARC）、锂电池宽温域变温比热容测试（差示绝热追踪法）、绝热环境锂电池充放电产热测试、锂电池失控产气测试、方壳/硬壳电池导热系数测定（两状态法无损测试）、锂电池ARC过充热失控测试（电滥用触发）、硬壳/方壳电池导热系数及接触热阻参数测定（储热-释放两状态法）、GB/T 36276电池绝热温升测试、ARC针刺热失控等专业服务。了解更多项目详情，请访问 https://thermsafe.cn/services.html。

引用来源

本文参考自某篇技术文献（电池绝热量热仪助力低温老化锂离子电池热失控及产气动力学研究），内容经脱敏与泛化处理。