PRODUCT CLASSIFICATION
容量衰減:熱沖擊會導(dǎo)致電池容量逐漸下降。在高溫環(huán)境下,電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)速率加快,電解液的揮發(fā)和分解加劇,可能導(dǎo)致電極材料的活性物質(zhì)損失,從而降低電池的充放電容量。而在低溫環(huán)境中,電池內(nèi)部的離子傳導(dǎo)速率減慢,電極反應(yīng)的動力學(xué)過程受到抑制,使得電池?zé)o法充分釋放其儲存的能量,同樣表現(xiàn)為容量的降低。經(jīng)過多次熱沖擊循環(huán)后,電池容量的衰減更為明顯,嚴(yán)重影響電池的使用壽命和實際應(yīng)用性能。
內(nèi)阻增加:溫度的急劇變化會使電池內(nèi)部的電極材料、電解液以及各組件之間的接觸電阻發(fā)生變化。高溫下,電極材料可能發(fā)生膨脹、變形,導(dǎo)致電極與集流體之間的接觸變差,接觸電阻增大;低溫時,電解液的黏度增加,離子遷移阻力增大,進一步加劇了電池內(nèi)阻的上升。內(nèi)阻的增加不僅會導(dǎo)致電池在充放電過程中的能量損耗增加,還會使電池發(fā)熱加劇,影響電池的性能和安全性。
電壓穩(wěn)定性變差:熱沖擊會破壞電池內(nèi)部的電化學(xué)平衡,導(dǎo)致電池的電壓平臺發(fā)生漂移,電壓穩(wěn)定性變差。在充放電過程中,電池的電壓變化不再呈現(xiàn)出穩(wěn)定的曲線,而是出現(xiàn)波動、突變等異常情況。這對于對電壓穩(wěn)定性要求較高的應(yīng)用場景,如電子設(shè)備的供電,會產(chǎn)生嚴(yán)重影響,可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常工作。
材料熱膨脹與機械應(yīng)力:電池內(nèi)部由多種不同材料組成,如電極材料、隔膜、電解液、外殼等,這些材料的熱膨脹系數(shù)存在差異。在熱沖擊過程中,溫度的快速變化會使不同材料因熱脹冷縮程度不同而產(chǎn)生相互擠壓和拉伸的機械應(yīng)力。當(dāng)這種機械應(yīng)力超過材料的承受極,會導(dǎo)致材料出現(xiàn)裂紋、變形甚至斷裂。例如,電極材料表面可能產(chǎn)生微裂紋,隔膜可能發(fā)生破損,這些缺陷會破壞電池內(nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)路徑,引發(fā)電池性能下降甚至失效。
電解液分解與產(chǎn)氣:高溫環(huán)境下,電解液的化學(xué)穩(wěn)定性會受到挑戰(zhàn),可能發(fā)生分解反應(yīng),產(chǎn)生氣體。隨著熱沖擊循環(huán)次數(shù)的增加,電解液分解產(chǎn)生的氣體逐漸積累,導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力升高。當(dāng)壓力超過電池外殼的承受能力時,會引發(fā)電池鼓包甚至爆炸等嚴(yán)重安全事故。同時,電解液分解產(chǎn)生的副產(chǎn)物還可能與電極材料發(fā)生反應(yīng),進一步破壞電極表面的活性物質(zhì),加速電池的失效進程。
電極材料結(jié)構(gòu)變化:溫度沖擊會對電極材料的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。在高溫下,電極材料的晶體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生相變,導(dǎo)致其晶格參數(shù)發(fā)生變化,從而影響材料的電子傳導(dǎo)和離子嵌入 / 脫出性能。低溫環(huán)境則可能使電極材料表面形成鋰枝晶,鋰枝晶的生長會刺破隔膜,造成電池內(nèi)部短路,引發(fā)電池失效。此外,反復(fù)的熱沖擊還可能導(dǎo)致電極材料的顆粒脫落,降低電極的有效活性面積,進而影響電池的容量和充放電性能。
某品牌電動汽車動力電池?zé)釠_擊測試
某電動汽車制造商為提升其動力電池的可靠性,采用三箱式熱沖擊試驗箱對新研發(fā)的動力電池進行測試。依據(jù) ISO 16750 - 4 標(biāo)準(zhǔn),設(shè)定溫度沖擊范圍為 - 40℃到 85℃,溫度轉(zhuǎn)換時間控制在 20 秒以內(nèi),每個溫度下的保持時間為 1 小時,循環(huán)次數(shù)為 200 次。在測試過程中,通過高精度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度以及內(nèi)部壓力等參數(shù)。測試結(jié)果顯示,經(jīng)過 100 次熱沖擊循環(huán)后,部分電池開始出現(xiàn)容量衰減現(xiàn)象,衰減幅度約為 5%;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,電池內(nèi)阻逐漸增大,到 200 次循環(huán)結(jié)束時,內(nèi)阻相比初始值增加了約 20%。同時,有少數(shù)電池出現(xiàn)了輕微鼓包現(xiàn)象,通過拆解分析發(fā)現(xiàn),鼓包電池的隔膜存在局部破損,電極材料表面有明顯的微裂紋,這表明熱沖擊對電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成了損傷,進而影響了電池的性能?;诖舜螠y試結(jié)果,該制造商對電池的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了優(yōu)化,如改進電極材料的配方以提高其熱穩(wěn)定性,優(yōu)化隔膜的生產(chǎn)工藝以增強其機械強度,經(jīng)過改進后的電池再次進行熱沖擊測試,性能得到了顯著提升,容量衰減和內(nèi)阻增加幅度明顯減小,有效提高了電動汽車動力電池的可靠性和安全性。
一家消費電子企業(yè)針對其生產(chǎn)的智能手機鋰電池進行熱沖擊測試,旨在評估電池在不同環(huán)境溫度下的性能表現(xiàn),以滿足消費者在各種使用場景下的需求。按照 IEC 60068 - 2 - 14 標(biāo)準(zhǔn),設(shè)置溫度沖擊范圍為 - 20℃到 60℃,溫度轉(zhuǎn)換時間不超過 30 秒,保持時間為 30 分鐘,循環(huán)次數(shù)為 150 次。測試過程中,發(fā)現(xiàn)部分電池在經(jīng)過 50 次熱沖擊循環(huán)后,電壓穩(wěn)定性出現(xiàn)問題,在放電過程中電壓波動明顯增大,導(dǎo)致手機出現(xiàn)自動關(guān)機等異常情況。進一步分析發(fā)現(xiàn),電池內(nèi)部的電解液在熱沖擊作用下發(fā)生了一定程度的分解,產(chǎn)生的氣體導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力升高,影響了電池的電性能。針對這一問題,企業(yè)對電解液的配方進行了優(yōu)化,添加了特殊的添加劑以提高電解液的熱穩(wěn)定性,并改進了電池的密封工藝,減少氣體泄漏。改進后的電池重新進行熱沖擊測試,電壓穩(wěn)定性得到了顯著改善,在 150 次熱沖擊循環(huán)后,電壓波動幅度明顯減小,有效提升了消費類鋰電池在不同溫度環(huán)境下的使用性能和可靠性。
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