本文利用BAC-420A大型電池絕熱量熱儀對鋰金屬負極固態電池進行絕熱熱失控實驗，評估該電芯的熱穩定性和熱失控危害。
前言
隨著電動汽車的大規模發展，現有鋰離子電池體系已不能滿足日益增長的續航里程需求，亟須發展更高能量密度的電池體系。在眾多的電池材料體系中，層狀過渡金屬氧化物-石墨負極體系的理論能量密度極限約為300Wh/kg。將純石墨負極替代為硅基合金，則能量密度理論上限可提升至約400Wh/kg。而金屬鋰負極具有最低的電位和最高的理論比容量，被認為是電池負極材料的終極選擇，鋰金屬電池能量密度的理論上限可達500Wh/kg以上。
實驗部分
實驗結果
1. 絕熱熱失控曲線
鋰金屬固態電池的絕熱熱失控曲線如圖2所示，可以發現該電芯的熱穩定性與常規的液態高鎳三元電芯類似，但熱失控劇烈程度明顯更高。鋰金屬固態電池的熱失控過程表現出如下的特征：
1. 自放熱起始溫度Tonset低：Tonset溫度為74.42℃，與常規三元電芯相當甚至略低。通常認為固態電解質與正負極界面的熱力學穩定性要優于液態電池內的SEI膜，因此固態電池的Tonset溫度理應較高。上述現象有待明確電池體系后進行進一步探究。
2. 熱失控起始溫度接近鋰金屬熔點：熱失控起始溫度TTR約為180℃，該溫度下鋰金屬負極熔化，電解質與熔融鋰金屬發生界面反應，產生的氧氣會誘發鋰金屬發生劇烈氧化反應，導致熱失控發生[1]。根據圖2b，到達TTR之前電芯升溫速率出現明顯下降，與負極熔化過程相對應。
圖3 樣品鋰電池熱失控過程監控視頻
另外，從熱失控瞬間的監控畫面可以看到，該固態電池的熱失控爆燃持續時間短，爆炸沖擊威力大。隨著能量密度的提高，電芯熱失控能量釋放速率也顯著增大。
實驗結論
