Quản lý và cảnh báo cháy nổ của pin lithum ion trong pin ô tô điện

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ Quản lý cảnh báo cháy nổ Pin lithium-Ion Pin Ơ tơ điện NGUYỄN VĂN KIÊN Kien.NV20202084M@sis.hust.edu.vn Ngành Cơ điện tử Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Chí Hưng Chữ ký GVHD Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 04/2022 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng tơi hồn thành hướng dẫn bảo tận tình thầy TS.Nguyễn Chí Hưng Các liệu sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận văn tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Các kết chưa công bố nghiên cứu khác, trừ phần tham khảo ghi rõ luận văn Học viên Nguyễn Văn Kiên LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Tiến sĩ Nguyễn Chí Hưng hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn quý thầy Đại học Bách Khoa Hà Nội, Trường Cơ khí giảng dạy giúp đỡ tơi q trình học tập, nghiên cứu, trao đổi vấn đề khoa học cịn vướng mắc Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thủ trưởng, đồng nghiệp Trung tâm thiết kế khí – Cơng ty Cổ phần giải pháp lượng VINES tận tình giúp đỡ, động viên tơi q trình học tập, nghiên cứu khoa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến người thân gia đình, anh chị bạn bè giúp đỡ tơi hồn thành tốt khóa học Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 04 năm 2023 Nguyễn Văn Kiên MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC Danh mục từ viết tắt Danh mục hình ảnh, hình vẽ Danh mục bảng biểu LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CHÁY NỔ CỦA PIN LITHIUM-ION TRONG PIN Ô TÔ ĐIỆN 14 1.1 Lịch sử phát triển Pin lithium-ion 14 1.2 Cấu tạo pin lithium-ion 16 1.3 Đặc điểm pin lithium-ion 17 1.3.1 Phân loại pin lithium-ion 17 1.3.2 Ưu điểm nhược điểm pin lithium-ion 18 1.3.3 Nguyên lý hoạt động pin lithium-ion 18 1.4 Nguyên nhân cháy nổ giải pháp khắc phục cháy nổ Pin lithium-ion 19 1.4.1 Nguyên nhân cháy nổ pin lithium-ion 19 1.4.2 Giải pháp khắc phục giảm thiểu cháy nổ pin lithium-ion 20 1.5 Vai trị Pin lithium-ion hệ thống lượng tơ điện 20 1.6 Hiện tượng nhiệt khơng kiểm soát (Thermal Runway) pin Lithium-Ion tầm quan trọng tượng xe ô tô điện 21 1.7 Các tình lạm dụng pin lithium-ion vụ tai nạn 23 1.8 Các kiểm tra tiêu chuẩn cho kiểm tra Pin Lithium-Ion 23 1.8.1 Sự lạm dụng học – Mechanical Abuse 25 1.8.1.1 Kiểm tra nghiền nát – Crush Test 26 1.8.1.2 Kiểm tra thả rơi – Drop Test 27 1.8.1.3 Kiểm tra độ rung – Vibration Test 28 1.8.1.4 Kiểm tra Sốc – Shock Test 30 1.8.1.5 Kiểm tra xâm nhập - Penetration Test 31 1.8.1.6 Kiểm tra lật - Rollover Test 31 1.8.1.7 Kiểm tra tác động - Impact Test 31 1.8.2 Sự lạm dụng điện– Electrical Abuse 32 1.8.2.1 Kiểm tra sạc – Overcharge Test 32 1.8.2.2 Kiểm tra xả – Overdischarge Test 34 1.8.2.3 Kiểm tra ngắn mạch bên – External Short Circuit Test 35 1.8.2.4 Kiểm tra ngắn mạch bên – Internal Short Circuit Test 35 1.8.3 Sự lạm dụng nhiệt– Thermal Abuse .36 1.9 Sự lan tỏa nhiệt q trình thất nhiệt khơng kiểm soát pin lithium-ion 36 Kết luận chương 38 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN TỚI HIỆN TƯỢNG CHÁY NỔ TRONG PIN LITHIUM-ION .39 2.1 Khái niệm .39 2.2 Các nghiên cứu xây dựng phương pháp mơ hình hóa liên quan đến thất nhiệt khơng kiểm sốt 40 2.3 Cơ chế thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithium-ion 42 2.3.1 Tổng quan phản ứng chuỗi q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt 42 2.3.2 Biểu đồ giải phóng lượng q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt 43 2.3.3 Cơ chế giải phóng lượng q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt (TR) 46 2.3.3.1 Các phản ứng hóa học cực Dương 46 2.3.3.1.1 Sự phân hủy ban đầu SEI 47 2.3.3.1.2 Phản ứng cân trình phân hủy tái tạo SEI 48 2.3.3.1.3 Phân hủy cực Anot graphite với điện phân 49 2.3.3.1.4 Phân hủy Li4Ti5O12 với điện phân 50 2.3.3.2 Các phản ứng hóa học cực âm 50 2.3.3.2.1 Phân hủy LiCoO2 với điện phân 50 2.3.3.2.2 Phân hủy Li[NixCoyAlz]O2 với điện phân 51 2.3.3.2.3 Phân hủy LiNixCoyMnzO2 với điện phân 52 2.3.3.2.4 Quá trình phân hủy LiMn2O4 với điện phân 53 2.3.3.2.5 Quá trình phân hủy LiFePO4 với điện phân 53 2.3.3.3 Sự phân hủy đốt cháy chất điện phân 55 2.3.3.4 Sự tan chảy vật liệu cách điện hai điện cực 56 2.3.4 Giải thích chế cố nhiệt hóa pin ion lithi thương mại biểu đồ giải phóng lượng 57 2.3.4.1 Nghiên cứu trường hợp pin ion lithi với điện cực NCM/Graphite 57 2.3.4.2 Nghiên cứu trường hợp pin ion lithium-ion với điện cực LFP / MCMB 59 Kết luận chương 60 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH HĨA, MƠ PHỎNG HIỆN TƯỢNG TĂNG NHIỆT ĐỘ KHƠNG KIỂM SỐT CỦA PIN LITHIUM-ION TRONG PIN Ô TÔ ĐIỆN 61 3.1 Đề xuất thiết kế pin để thực mô 61 3.2 Mơ hình hóa q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithiumion tơ điện 62 3.2.1 Xây dựng phương pháp mơ hình hóa q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithium-ion 62 3.2.2 Thực kiểm tra thực nghiệm 63 3.2.3 Qua liệu kiểm tra thực nghiệm ta lựa chọn thông số đầu vào để làm điều kiện biên cho tốn mơ 64 3.3 Kết mô 65 3.4 Đánh giá kết 67 3.5 Thiết kế hệ thống quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion 68 Kết luận chương 69 Kết luận đề tài kiến nghị phương hướng phát triển 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Danh mục từ viết tắt TR – Thermal Runaway EV – Electric vehicle BEV – Battery electric vehicle SOC – State of Charge SOH – State of Health DICR – Direct current internal resistance Li-ion – Lithium-ion LMO – LiMn2O4 LCO – LiCoO2 LFP – LiFePO4 LTO – Lithium titanate NMC – Lithium nickel manganese cobalt NCA – Lithiumnickel cobalt aluminum ISC – Internal short circuit ESC – External short circuit BMS – Battery management system BTMS – Battery thermal management system Danh mục hình ảnh, hình vẽ Hình 1.1: Lịch sử phát triển pin lithium-ion trải qua phát triển giáo sư 15 Hình 1.2: Kế hoạch phát triển pin Lithium-ion cho xe điện 15 Hình 1.3: Cấu tạo pin lithium-ion 16 Hình 1.4: So sánh loại hóa chất Pin Li-Ion phổ biến 17 Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động pin Lithium ion thể qua quy trình sạc 19 Hình 1.6: Hiện tượng nhiệt khơng kiểm sốt pin hình trụ 21 Hình 1.7: Các tai nạn liên quan đến cố pin lithium-ion, điều kiện lạm dụng liên quan 23 Hình 1.8: Các kiểm tra cần thiết pin lithium-ion 23 Hình 1.9: Mơ hình hóa kiểm tra nghiền nát (a) Pin trụ (b) Pin hộp 27 Hình 1.10: Mơ hình hóa kiểm tra nghiền (a) mơ hình (b) mơ hình 27 Hình 1.11: Máy kiểm tra độ rung pack pin 29 Hình 1.12: Máy kiểm tra Sốc pack pin 30 Hình 1.13: Kiểm tra xâm nhập (a) Cell trụ (b) Cell túi 31 Hình 1.14: Chiến lược ba cấp giảm thiểu nguy hiểm thất nhiệt khơng kiểm sốt gây 37 Hình 2.1: Giải thích chuỗi phản ứng q trình thất nhiệt khơng kiểm soát 43 Hình 2.2: Biểu đồ giải phóng lượng pin lithium-ion 45 Hình 2.3: Phản ứng cân phân hủy tái tạo SEI 49 Hình 2.4: Sự giải thích chế chạy dâng nhiệt sử dụng sơ đồ giải phóng lượng cho pin ion lithium với điện cực NCM/Graphite 58 Hình 2.5: Giải thích chế thất nhiệt khơng kiểm sốt cách sử dụng biểu đồ giải phóng lượng cho pin ion lithium với điện cực LFP/M 59 Hình 3.1: Thiết kế module pin đề xuất thực mô 61 Hình 3.2: Bóc tách thiết kế 61 Hình 3.3: Một Pin phát nhiệt Pin xung quanh 62 Hình 3.4: Mơ hình hóa kết cấu pin 63 Hình 3.5: Biểu đồ giải phóng lượng sinh lõi cell 64 Hình 3.6: Giá trị nhiệt độ pin phát nhiệt 65 Hình 3.7: Giá trị nhiệt độ pin xung quanh pin phát nhiệt 66 Hình 3.8: Giá trị nhiệt độ thành phần có module pin .66 Hình 3.9: Sự phân bố nhiệt của pin qua giai đoạn 66 Hình 3.10: Sự phân bố nhiệt của pin thời điểm nhiệt độ pin trung tâm đạt giá trị lớn 67 Hình 3.11: Sự phân bố nhiệt của pin thời điểm nhiệt độ pin xung quanh đạt giá trị lớn 67 Hình 3.12: Giải pháp quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion 68 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HĨA, KẾT QUẢ MƠ PHỎNG HIỆN TƯỢNG TĂNG NHIỆT ĐỘ KHƠNG KIỂM SỐT CỦA PIN LITHIUM-ION TRONG PIN Ơ TÔ ĐIỆN 3.1 Đề xuất thiết kế pin để thực mô Để thực mô đề xuất thiết kế module pin hình 3.1 Các phận module pin giải thích chi tiết hình 3.2 Hình 3.1 Thiết kế module pin đề xuất thực mô Hình 3.2 Bóc tách thiết kế 61 Hình 3.3 Một Pin phát nhiệt Pin xung quanh 3.2 Mơ hình hóa q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithiumion tơ điện 3.2.1 Xây dựng phương pháp mơ hình hóa q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithium-ion Để thực việc: “Quản lý cảnh báo cháy nổ cho pin lithium-ion tơ điện” ta dụng nhiều phương pháp cách thức khác mục đích, phương pháp quan trọng thực nắm bắt kiểm soát nhiệt độ pin lithium-ion Từ sở lý thuyết trình bày Chương Chương 2, đề xuất thực tốn mơ kiểm sốt nhiệt độ Pin lithium-ion Tơi xây dựng mơ hình dựa phản ứng nhiệt khí Giả sử nhiệt độ mơ trường 40 độ, ta cung cấp công suất tăng dần gán cho pin phát nhiệt, công suất đủ để pin xảy tượng cháy nổ Sau ta thực lấy liệu nhiệt độ pin xung quanh trình pin bị cháy, phút nhiệt độ pin xung quanh chưa đạt đến nhiệt độ chảy pin thiết kế chấp nhận đạt yêu cầu Mục đích tốn mơ để phục vụ trường hợp xe ô tô điện bị tai nạn dẫn đến pin ô tô bị hỏng dẫn đến cháy pin lại khơng bị ảnh hưởng thời gian phút người xe tơ di chuyển bên ngồi cách an tồn Bài mơ thực theo tiêu chuẩn UL cho toán: tăng nhiệt độ khơng kiểm sốt pin ( Thermal Runaway) 62 Giả sử nhiệt độ pin tăng dần từ nhiệt độ môi trường đạt giá trị T1, xảy tượng thất khí tăng nhiệt độ phản ứng phân hủy SEI pin lithium-ion, lúc số phương trình hóa học xảy tạo chất khí H2, CO, CH4,C2H2,……Tiếp đó, nhiệt độ pin lithium-ion tiếp tục tăng lớp màng ngăn cách Anode Cathode bị phá hủy dẫn đến tượng ngắn mạch bên tiếp q trình thất thoát nhiệt ghi nhận thời điểm T2 (T2>T1) Quá trình diễn nhanh đạt giá trị nhiệt độ lớn Tmax , sau có giảm nhiệt độ pin lithiumion có phản ứng hóa học cực đại giải phóng hồn tồn chất có pin lithium-ion Trong q trình xảy tăng nhiệt khơng kiểm soát pin lithium-ion ta ghi nhận lượng tỏa bên làm phá hủy pin lithium-ion, lượng ghi nhận gây từ phá vỡ lớp màng ngăn cách Anode Cathode nên xác định nguồn lượng pin lithium-ion Hình 3.4 Mơ hình hóa kết cấu pin Từ cấu tạo pin ta mơ hình hóa lại kết cấu pin gồm phận bao gồm: Can, Terminal+, Fill+, Fill-, Jelly Roll Trong lớp cuộn thạch bao gồm: điện cực dương ( Positive electrode), điện cực âm ( Negative electrode), vách ngăng (Separator) mơ hình hóa thành Jelly roll hình 3.4 nguồn phát nhiệt pin xảy tượng tăng nhiệt độ khơng kiểm sốt Mơ hình pin hình 3.4 mơ sau so sánh với kết kiểm tra thực tế có kết tương đồng nên ta sử dụng để thực mơ cho tốn Từ việc xây dựng phương pháp mơ hình hóa q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithium-ion ta đề xuất thực kiểm tra 63 để lấy kiện phục vụ trình tính tốn, mơ hình hóa, kiểm tra đánh giá xác phương pháp 3.2.2 Thực kiểm tra thực nghiệm Trong thực tế, việc thực kiểm tra pin thực nghiệm điều bắt buộc hãng sản xuất xe điện trước để sản phẩm họ tung thị trường Từ điều thực kiểm tra mức độ pin lithium-ion trụ với công suất 20W ghi nhận lại thông tin về: T1, T2, T lớn nhất, lượng tỏa nhiệt, khối lượng chất tạo trình kiểm tra Từ số liệu ghi nhận thực nghiệm ta áp dụng vào việc mơ q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt pin lithium-ion dựa vào phương pháp mơ hình hóa q trình thất nhiệt khơng kiểm sốt đề xuất mục 3.2.1 3.2.3 Qua liệu kiểm tra thực nghiệm ta lựa chọn thông số đầu vào để làm điều kiện biên cho tốn mơ Để lấy liệu đầu vào thực cho việc mô tính tốn, lựa chọn thực tính tốn theo có sở lý thuyết cung cấp chương lấy liệu thực tế kiểm tra Để thực tốn mơ sát với thực nghiệm ta chọn lấy thông số đầu vào dựa theo kết kiểm tra 3.2.2 lấy thông số sau: - Nhiệt độ thời điểm T1: 146 độ C - Nhiệt độ thời điểm T2: 171 độ C - Nhiệt độ môi trường là: 40 độ - Lấy mốc lượng tạo lớn Cell là: 17500 (J) Hình 3.5 Biểu đồ giải phóng nhiệt sinh lõi cell 64 Material Name Jelly Roll Can (SPCE) Terminal (SPCE) Potting Glue Aluminum Silicone PC+ABS Thermal conductivity r (W/m K) Thermal conductivity Ꝋ (W/m K) Thermal conductivity z (W/m K) 29.3 49.8 29.3 Density (kg/m^3) Specific heat (J/kg-K) Fire temperature (C) 2865 5900 888 472 - 160 5900 472 - 0.4 237 1.5 0.22 1380 2700 1950 1200 1200 897 3500 1500 420 660 300-400 560-640 Bảng 8: Một số thông số vật liệu sử dụng mô 3.3 Kết mô Qua việc thực tốn mơ ta nhận kết sau: Hình 3.6 Giá trị nhiệt độ pin phát nhiệt 65 Hình 3.7 Giá trị nhiệt độ pin xung quanh pin phát nhiệt Hình 3.8 Giá trị nhiệt độ thành phần có module pin Hình 3.9 Sự phân bố nhiệt của pin qua giai đoạn 66 Hình 3.10 Sự phân bố nhiệt của pin thời điểm nhiệt độ pin trung tâm đạt giá trị lớn Hình 3.11 Sự phân bố nhiệt của pin thời điểm nhiệt độ pin xung quanh đạt giá trị lớn 3.4 Đánh giá kết Từ kết mô ta có số nhận định: - Nhiệt độ pin phát nhiệt có giá trị cao 519 độ C 5.0 (s) - Trong phút, nhiệt cao pin xung quanh pin phát nhiệt 64.1 độ C 225 (s) Vì nhiệt độ pin xảy cháy nổ 171 độ C qua thiết kế sử dụng để mô vượt qua kiểm tra theo tiêu chuẩn UL Song song với đó, giá trị nhiệt cao pin xung quanh 64.1 độ C, phận khác tiếp xúc với pin như: hốc giữ pin phía trên, hốc giữ pin phía làm vật liệu PC+ABS đáp ứng tiêu chuẩn chống cháy 67 - Qua mô có liệu nhiệt độ vị trí module để phục vụ việc quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion xe ô tô điện 3.5 Thiết kế hệ thống quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion Từ liệu nhiệt phận, vị trí gói pin trình xảy tượng tăng nhiệt độ khơng kiểm sốt ta đề xuất mơ hình quản lý cảnh báo nhiệt độ Hình 3.12 Giải pháp quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion 68 Kết luận chương 3: Chương trình bày đề xuất thiết kế pin để thực mô Mô tả chi tiết cấu tạo phận có module pin, vật liệu sử dụng cho phận, điều làm rõ liệu phục vụ việc mô phương pháp mô hình hóa việc thực kiểm tra thực nghiệm mơ hình thực tế qua ta thu thập liệu cần thiết phục mô Sau q trình mơ ta nhận kết tốt với thiết kế pin đáp ứng tiêu chuẩn vượt qua kiểm tra điều kiện liệu đề đặt Qua ta đánh giá thiết kế an toàn với điều kiện kiểm tra Đối với tiêu chuẩn cao ta cần nghiên cứu, thực nghiệm, mô phỏng, kiểm tra đánh giá cho phù hợp với tiêu chuẩn áp dụng Thiết kế hệ thống quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion Qua hồn thành mục tiêu luận văn đề 69 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau trình thực đề tài, tác giả luận văn nắm kiến thức lịch sử hình thành phát triển, cấu tạo, đặc điểm pin lithium-ion Tác giả trình bày nguyên nhân gây cháy nổ giải pháp khắc phục cháy nổ pin lithium-ion qua hiểu rõ vài pin lithium-ion hệ thống lượng điện ô tô Luận văn trình bày vấn đề liên quan đến nhiệt độ khơng kiểm sốt pin lithium-ion, tình lạm dụng pin vụ tai nạn làm rõ kiểm tra tiêu chuẩn cho kiểm tra pin lithium-ion Có khả nắm bắt sở lý thuyết, phương thức tính tốn, cách mơ hình hóa, mơ tượng tăng nhiệt độ khơng kiểm sốt phần mềm Simcenter StarCCM+ Sau mơ hình hóa tượng tăng nhiệt độ khơng kiểm soát tác giả hỗ trợ kỹ sư thiết kế, nhà sản xuất xe Ơ tơ điện nhằm cải thiện, tối ưu thiết kế; đánh giá an tồn sản phẩm để có sản phẩm đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn an toàn; chi phí nghiên cứu phát triển Pin Ơ tơ tối ưu; có sản phẩm chất lượng cao tới người tiêu dùng Một số điểm đề tài: - Đề tài nghiên cứu làm rõ phương hướng thực mơ hình hóa tốn, đánh giá kết mô - Lấy liệu phục vụ việc quản lý cảnh báo cháy nổ pin lithium-ion Một số kiến nghị phương hướng phát triển: - Thiết kế hệ thống cảnh báo xả cố cháy nổ Pin Lithium-Ion hiển thị mà hình xe Ơ tơ cảnh báo tới thiết bị thông minh thoại, trung tâm phòng cháy chữa cháy, trung tâm cứu hộ, trung tâm dịch vụ chăm sóc khác hàng hãng xe, - Tính tốn, tối ưu hóa sử dụng thơng số đầu vào, tối ưu hóa thời gian mơ hình hóa, mơ để tốn mơ có kết thời gian ngắn đạt độ xác cao - Thực thêm số toán như: nhiều pin cháy thời điểm; pin cháy vị trí khác module pin 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chen M, Sun Q, Li Y, Wu K, Liu B, Peng P, et al A thermal runaway simulation on a lithium titanate battery and the battery module Energies (Basel) 2015;8: 490–500 https://doi.org/10.3390/en8010490 [2] Melcher A, Ziebert C, Rohde M, Seifert HJ Modeling and simulation of the thermal runaway behavior of cylindrical Li-ion cells-computing of critical parameters Energies (Basel) 2016;9:1–19 https://doi.org/10.3390/en9040292 [3] Feng X, He X, Ouyang M, Wang L, Lu L, Ren D, et al A Coupled ElectrochemicalThermal Failure Model for Predicting the Thermal Runaway Behavior of LithiumIon Batteries J Electrochem Soc 2018;165:A3748–65 https://doi.org/10.1149/2.0311816jes [4] Ostanek JK, Li W, Mukherjee PP, Crompton KR, Hacker C Simulating onset and evolution of thermal runaway in Li-ion cells using a coupled thermal and venting model Appl Energy 2020;268:114972 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114972 [5] Yeardley AS, Bugryniec PJ, Milton RA, Brown SF A study of the thermal runaway of lithium-ion batteries: A Gaussian Process based global sensitivity analysis J Power Sources 2020;456:228001 https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228001 [6] Richard MN, Dahn JR Accelerating Rate Calorimetry Study on the Thermal Stability of Lithium Intercalated Graphite in Electrolyte I Experimental J Electrochem Soc 1999;146:2068 https://doi.org/10.1149/1.1391893 [7] Richard MN, Dahn JR Accelerating Rate Calorimetry Study on the Thermal Stability of Lithium Intercalated Graphite in Electrolyte II Modeling the Results and Predicting Differential Scanning Calorimeter Curves J Electrochem Soc 1999;146:2078 https://doi.org/10.1149/1.1391894 [8] Yamaki J, Shinjo Y, Doi T, Okada S The Rate Equation for Oxygen Evolution by Decomposition of LixCoO2 at Elevated Temperatures J Electrochem Soc 2014; 161:A1648 https://doi.org/10.1149/2.0621410JES [9] Kissinger HE Variation of peak temperature with heating rate in differential thermal analysis J Res Natl Bur Stand 1934;1956:57 [10] Furushima Y, Yanagisawa C, Nakagawa T, Aoki Y, Muraki N Thermal stability and kinetics of delithiated LiCoO2 J Power Sources 2011;196:2260–3 https://doi.org/10.1016/J.JPOWSOUR.2010.09.076 [11] Geder J, Hoster HE, Jossen A, Garche J, Yu DYW Impact of active material surface area on thermal stability of LiCoO2 cathode J Power Sources 2014;257: 286–92 https://doi.org/10.1016/J.JPOWSOUR.2014.01.116 [12] Chen Z, Qin Y, Liu J, Amine K Lithium Difluoro(oxalato)borate as Additive to Improve the Thermal Stability of Lithiated Graphite Electrochem Solid-State Lett 2009;12:A69 https://doi.org/10.1149/1.3070581 [13] Chen Z, Qin Y, Ren Y, Lu W, Orendorff C, Roth EP, et al Multi-scale study of thermal stability of lithiated graphite Energy Environ Sci 2011;4:4023–30 https://doi.org/10.1039/C1EE01786A [14] Ren D, Liu X, Feng X, Lu L, Ouyang M, Li J, et al Model-based thermal runaway prediction of lithium-ion batteries from kinetics analysis of cell components Appl Energy 2018;228:633–44 https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.06.126 71 [15] Lyu N, Jin Y, Xiong R, Member S, Miao S, Gao J Real-time Overcharge Warning and Early Thermal Runaway Prediction of Li-ion Battery by 2021;1 10.1109/TIE.2021.3062267 [16] Q Wang, J Sun, X Yao, C Chen, Thermal stability of LiPF6/EC+DEC electrolyte with charged electrodes for lithium ion batteries, Thermochim Acta 437 (2005) 12–16 [17] J Yamaki, H Takatsuji, T Kawamura, M Egashira, Thermal stability of graphite anode with electrolyte in lithium-ion cells, Solid State Ion 148 (2002) 241–245 [18] H Maleki, G Deng, A Anani, J Howard, Thermal stability studies of Li-ion cells and components, J Electrochem Soc 146 (9) (1999) 3224–3229 [19] R Spotnitz, J Franklin, Abuse behavior of high-power lithium-ion cells, J Power Sources 113 (1) (2003) 81–100 [20] M.N Richard, J.R Dahn, Accelerating rate calorimetry study on the thermal stability of lithium intercalated graphite in electrolyte I experimental, J.Electrochem Soc 146 (6) (1999) 2068–2077 [21] H Yang, H Bang, K Amine, J Prakash, Investigations of the exothermic reactions of natural graphite anode for Li-ion batteries during thermal runaway, J.Electrochem Soc 152 (1) (2005) A73–A79 [22] D.D MacNeil, D Larcher, J.R Dahn, Comparison of the reactivity of various carbon electrode materials with electrolyte at elevated temperature, J Electrochem Soc 146 (10) (1999) 3596–3602 [23] Z Zhang, D Fouchard, J.R Rea, Differential scanning calorimetry material studies: implications for the safety of lithium-ion cells, J Power Sources 70 (1) (1998) 16–20 [24] M.-H Ryou, J.-N Lee, D.J Lee, W.-K Kim, Y.K Jeong, J.W Choi, et al., Effects of lithium salts on thermal stabilities of lithium alkyl carbonates in SEI layer, Electrochim Acta 83 (2012) 259–263 [25] T.D Hatchard, D.D Macneil, A Basu, J.R Dahn, Thermal model of cylindrical and prismatic Lithium-ion cells, J Electrochem Soc 148 (7) (2001) A755–A761 [26] M Zhou, L Zhao, S Okada, Y Yamaki, Quantitative studies on the influence of LiPF6 on the thermal stability of graphite with electrolyte, J Electrochem Soc 159 (1) (2011) A44–A48 [27] X Feng, X He, M Ouyang, L Lu, P Wu, C Kulp, et al., Thermal runaway propagation model for designing a safer battery pack with 25Ah LiNixCoyMnzO2 large format lithium ion battery, Appl Energ 154 (2015) 74–91 [28] G.-H Kim, A.A Pesaran, R Spotnitz, A three-dimensional thermal abuse model for lithium ion cells, J Power Sources 170 (2007) 476–489 [29] Z Chen, Y Qin, Y Ren, W Lu, C Orendorff, E.P Roth, et al., Multi-scale study of thermal stability of lithiated graphite, Energy Environ Sci (2011) 4023–4030 [30] Z Chen, I Belharouak, Y.K Sun, K Amine, Titanium-based anode materials for safe lithium ion batteries, Adv Funct Mater 23 (2013) 959–969 72 [31] I Belharouak, Y.K Sun, W Lu, K Amine, On the safety of the Li4Ti5O12/LiMn2O4 lithium-ion battery system, J Electrochem Soc 154 (12) (2007) A1083–A1087 [32] D.H Doughty, A.A Pesaran Vehicle battery safety roadmap guidance National Renewable Energy Laboratory, 2012 [32] H Arai, M Tsuda, K Saito, et al., Thermal reactions between delithiated lithium nickelate and electrolyte solutions, J Electrochem Soc 149 (4) (2002) A401–A406 [34] D.D MacNeil, J.R Dahn, The reaction of charged cathodes with nonaqueous solvents and electrolytes: i Li0.5CoO2, J Electrochem Soc 148 (11) (2001) A1205–A1210 [35] D.D MacNeil, J.R Dahn, Test of reaction kinetics using both differential scanning and accelerating rate calorimetries as applied to the reaction of LixCoO2 in nonaqueous electrolyte, J Phys Chem A 105 (18) (2001) 4430–4439 [36] P Biensan, B Simon, J.P Peres, A Guibert, M Broussely, J.M Bodet, et al., On safety of lithium-ion cells, J Power Sources 81–82 (1999) 906–912 [37] M Jo, M Noh, P Oh, Y Kim, J Cho, A new high power LiNi0.81Co0.1Al0.09O2 cathode material for lithium-ion batteries, Adv Energy Mater (2014) 1301583 [38] H.J Bang, H Joachin, H Yang, K Amine, J Prakash, Contribution of the structural changes of LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 cathodes on the exothermic reactions in Li-ion cells, J Electrochem Soc 153 (4) (2006) A731–A737 [39] C.M Julien, A Mauger, K Zaghib, H Groult, Comparative issues of cathode materials for Li-ion batteries, Inorganics (2014) 132–154 [40] Y Wang, J Jiang, J.R Dahn, The reactivity of delithiated Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2, Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2 or LiCoO2 with nonaqueous electrolyte, Electrochem Commun (2007) 2534–2540 [41] Y Huang, Y.-C Lin, D.M Jenkins, N.A Chernova, Y Chung, B Radhakrishnan, et al., Thermal stability and reactivity of cathode materials for Liion batteries, ACS Appl Mater Interfaces (2016) 7013–7021 [42] H Wang, A Tang, K Huang, Oxygen evolution in overcharged LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2 electrode and its thermal analysis kinetics, Chin J Chem 29 (8) (2011) 1583–1588 [43] H.-S Kim, M Kong, K Kim, I.-J Kim, H.-B Gu, Effect of carbon coating on LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathode material for lithium secondary batteries, J Power Sources 171 (2007) 917–921 [44] H.-S Kim, K Kim, S.-I Moon, I.-J Kim, H.-B Gu, A study on carbon-coated LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 cathode material for lithium secondary batteries, J Solid State Electrochem 12 (2008) 867–872 [45] Z Lu, D.D Macneil, J.R Dahn, Layered Li[NixCo1-2xMnx]O2 cathode materials for lithium-ion batteries, Electrochem Solid St 12 (4) (2001) 200–203 73 [46] I Belharouak, Y.-K Sun, J Liu, K Amine, Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 as a suitable cathode for high power applications, J Power Sources 123 (2003) 247– 252 [47] D.D Macneil, Z Lu, J.R Dahn, Structure and Electrochemistry of Li[NixCo1-2xMnx]O2 (0≤x≤0.5), J Electrochem Soc 149 (10) (2002) 1332– 1336 [48] S Jouanneau, D.D Macneil, Z Lu, S.D Beattie, G Murphy, J.R Dahn, Morphology and safety of Li[NixCo1-2xMnx]O2, J Electrochem Soc 150 (10) (2003) 1299–1304 [49] J Jiang, K.W Eberman, L.J Krause, J.R Dahn, Reactivity of Liy[NixCo12xMnx] O2, (x=0.1, 0.2, 0.35, 0.45 and 0.5; y=0.3, 0.5) with non-aqueous solvents and electrolytes studied by ARC, J Electrochem Soc 152 (3) (2005) 566–569 [50] F Zhou, X Zhao, J Jiang, J.R Dahn, Advantages of simultaneous substitution of coin Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2 by Ni and Al, Electrochem Solidstate Lett 12 (4) (2009) 81–83 [51] W Luo, J.R Dahn, The impact of Zr substitution on the surface, electrochemical performance and thermal stability of Li(Ni1/3Mn1/3zCo1/3Zrz)O2, J Electrochem Soc 158 (4) (2011) 428 433 [52] Q Wang, J Sun, C Chen, Thermal stability of delithiated LiMn2O4 with electrolyte for lithium-ion batteries, J Electrochem Soc 154 (4) (2007) A263– A267 [53] D.D MacNeil, J.R Dahn, The reaction of charged cathodes with nonaqueous solvents and electrolytes: ii LiMn2O4 charged to 4.2 V, J Electrochem Soc 148 (11) (2001) A1211–A1215 [54] P Röder, N Baba, K.A Friedrich, H.D Wiemhofer, Impact of delithiated Li0FePO4 on the decomposition of LiPF6-based electrolyte studied by accelerating rate calorimetry, J Power Sources 236 (2013) 151–157 [55] J Jiang, J.R Dahn, ARC studies of the thermal stability of three different cathode materials: licoo2; Li[Ni0.1Co0.8Mn0.1]O2; and LiFePO4, in LiPF6 and LiBoB EC/ DEC electrolytes, Electrochem Commun (1) (2004) 39–43 [56] K Zaghib, J Dube, A Dallaire, K Galoustov, A Guerfi, M Ramanathan, et al., Enhanced thermal safety and high power performance of carbon-coated LiFePO4 olivine cathode for Li-ion batteries, J Power Sources 219 (2012) 36–44 [57] A Yamada, S.C Chung, K Hinokuma, Optimized LiFePO4 for lithium battery cathodes, J Electrochem Soc 148 (3) (2001) A224–A229 [58] S.K Martha, O Haik, E Zinigrad, I Exnar, T Drezen, J.H Miners, et al., On the thermal stability of olivine cathode materials for lithium-ion batteries, J Electrochem Soc 158 (10) (2011) A1115–A1122 [59] S.E Sloop, J.K Pugh, S Wang, J.B Kerr, K Kinoshita, Chemical reactivity of PF5 and LiPF6 in ethylene carbonate/dimethyl carbonate solutions, Electrochem Solid St (4) (2001) A42–A44 [60] T Kawamura, A Kimura, M Egashira, S Okada, J.-I Yamaki, Thermal stability of alkyl carbonate mixed-solvent electrolytes for lithium ion cells, J Power Sources 104 (2) (2002) 260–264 74 [61] G.G Botte, R.E White, Z Zhang, Thermal stability of LiPF6-EC:emc electrolytes for lithium-ion batteries, J Power Sources 97–98 (2011) 570–575 [62] B Ravdel, K.M Abraham, R Gitzendanner, J DiCarlo, B Lucht, C Campion, X Feng et al Energy Storage Materials 10 (2018) 246–267 265Thermal stability of lithium-ion battery electrolytes, J Power Sources 119 (2003) 805–810 [63] C.L Campion, W Li, B.L Lucht, Thermal decomposition of LiPF6-based electrolytes for lithium-ion batteries, J Electrochem Soc 152 (12) (2005) 2327– 2334 [64] S.J Harris, A Timmons, W.J Pitz, A combustion chemistry analysis of carbonate solvents used in Li-ion batteries, J Power Sources 193 (2) (2009) 855– 858 [65] G.G Eshetu, S Grugeon, S Laruelle, S Boyanov, A Lecocq, J.-P Bertrand, et al., In-depth safety-focused analysis of solvents used in electrolytes for large scale lithium ion batteries, Phys Chem Chem Phys 15 (23) (2013) 9145–9155 [66] P Arora, Z Zhang, Battery separators, Chem Rev 104 (10) (2004) 4419– 4462 [67] B.N Pinnangudi, S.B Dalal, N.K Medora, A Arora, J Swart, Thermal shutdown characteristics of insulating materials used in lithium ion batteries Product Compliance Engineering (ISPCE), in: Proceedings of the 2010 IEEE Symposium on IEEE1–5, 2010 [68] C.J Orendorff, The role of separators in lithium-ion cell safety, Electrochem Soc Interface 21 (2) (2012) 61–65 [69] D Wang, K Zhang, D Xu, S Wang, H Na, G Zhang, An experimental study on the characteristics of separator film in lithium ion battery for vehicles, Automot Eng 33 (10) (2011) 894–897 (in Chinese) [70] H Gao, J Gong, E Han, J.K Gao, Effects of separators on the performance of 18650 type Li-ion battery, Battery Bimon 38 (3) (2008) 166–168 (in Chinese) [71] X Huang, Separator technologies for lithium-ion batteries, J Solid State Electrochem 15 (2011) 649–662 [72] Seham Shahid , Martin Agelin-Chaab, A review of thermal runaway prevention and mitigation strategies for lithium-ion batteries [73] X Zhang, Z Li, L Luo, Y Fan, Z Du, A review on thermal management of lithium-ion batteries for electric vehicles [74] J Kim, J Oh, H Lee, Review on battery thermal management system for electric vehicles 75