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低溫18650 3500
無(wú)磁低溫18650 2200
過(guò)針刺低溫18650 2200
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什么是熱失控?從濫用到熱失控電芯到底經(jīng)歷了什么?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:4245次  |  2021年05月24日  

我國(guó)已經(jīng)將發(fā)展高能量密度的鋰離子電池作為國(guó)家策略,十一五重點(diǎn)發(fā)展了磷酸鐵鋰正極鋰離子電池,十二五重點(diǎn)發(fā)展了三元正極鋰離子電池,十三五正在重點(diǎn)研發(fā)高鎳三元正極+硅碳負(fù)極鋰離子電池,高能量密度材料的應(yīng)用在提高電芯能量密度的同時(shí),也降低了電芯自身的熱穩(wěn)定性,使之更易導(dǎo)致安全問(wèn)題,比如熱失控,外界表現(xiàn)就是冒煙、起火和爆炸。常見(jiàn)導(dǎo)致電芯熱失控的濫用情況有機(jī)械濫用、電氣濫用和熱濫用。這幾種觸發(fā)方式應(yīng)該比較容易理解,但關(guān)于它們觸發(fā)熱失控的機(jī)理以及在熱失控過(guò)程中的關(guān)鍵性特點(diǎn),你了解多少呢?今天,本文帶大家梳理從濫用情況到電芯熱失控的關(guān)鍵過(guò)程。


圖1純電動(dòng)汽車用鋰離子電池發(fā)展路線圖


電芯的濫用情況可進(jìn)一步細(xì)分,機(jī)械濫用分為擠壓和針刺,電氣濫用分為過(guò)充和過(guò)放,熱濫用的特點(diǎn)在于外部高溫,三種濫用之間即相互獨(dú)立又緊密相連,機(jī)械濫用可以觸發(fā)短路,這是電氣濫用的一個(gè)常見(jiàn)特點(diǎn),而短路釋放熱量,引發(fā)熱濫用狀態(tài)。在熱濫用條件下,電池被加熱到極端溫度,然后發(fā)生熱失控。


一、鋰離子電池的機(jī)械濫用擠壓和針刺


在汽車碰撞的過(guò)程中,電池組發(fā)生變形,電芯相互擠壓致隔膜破裂,內(nèi)部短路發(fā)生,電池的電能將在短時(shí)間內(nèi)持續(xù)釋放,電池的溫度通過(guò)吸收短路出現(xiàn)的熱量而上升,溫度上升直到電池能量完全釋放完停止,過(guò)高的溫度極易點(diǎn)燃泄露的可燃電解液,發(fā)生起火和爆炸,與擠壓相比,針刺也可能源于車輛的碰撞,但在針刺開始的時(shí)刻就可以瞬間觸發(fā)鋰離子電池的內(nèi)短路,當(dāng)電池溫度達(dá)到閾值時(shí)(120℃),電池發(fā)生副反應(yīng)溫度進(jìn)一步加速上升發(fā)生熱失控。

過(guò)針刺 低溫防爆18650 2200mah
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

二、鋰離子電池的電氣濫用過(guò)充和過(guò)放


圖3鋰離子電池過(guò)充電內(nèi)部短路機(jī)理


過(guò)度充電導(dǎo)致的熱失控比其他的濫用情況更加苛刻。電池管理系統(tǒng)(BMS)在上電壓限制前停止充電過(guò)程的失敗是造成過(guò)度充電的常見(jiàn)原因。電池內(nèi)部的不一致決定了電壓最高的電池是第一個(gè)被過(guò)充電的電池,其次是其他電池。在過(guò)充電過(guò)程中石墨陽(yáng)極充滿嵌鋰之后,金屬鋰開始沉積在陽(yáng)極表面形成鋰枝晶,而隨著金屬鋰的不斷沉積,鋰枝晶在塌陷中不斷生長(zhǎng),最終刺穿隔膜發(fā)生內(nèi)短路,電芯熱失控。


圖4過(guò)放條件下銅的溶解和沉積導(dǎo)致內(nèi)短路的機(jī)理


過(guò)度放電是另一種可能的濫用電氣的情況。一般來(lái)說(shuō),電池組內(nèi)的電壓不一致是不可防止的。因此,一旦BMS沒(méi)能監(jiān)測(cè)任何單個(gè)電芯的電壓,最低電壓的電池就會(huì)被過(guò)度放電。在過(guò)放電過(guò)程中陽(yáng)極的形態(tài)發(fā)生了變化,過(guò)度放電導(dǎo)致了銅集流體的溶解。溶解的銅遷移并沉積在陽(yáng)極表面,最終導(dǎo)致內(nèi)短路和容量降低。

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IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備

三、鋰離子電池的熱濫用


圖5內(nèi)短路造成熱失控


在電池組中,局部過(guò)熱是可能發(fā)生的典型的熱濫用狀態(tài)。除了由機(jī)械/電氣引起的過(guò)熱現(xiàn)象外,過(guò)熱也可能是由于電芯連接器的接觸造成的。電芯的隔膜是一層塑料材料,材質(zhì)重要為PE和PP,它把電池的正負(fù)極隔開,只允許電解液中的鋰離子通過(guò)。當(dāng)電芯處于高溫環(huán)境中時(shí),溫度經(jīng)外殼傳導(dǎo)至隔膜,隔膜受熱收縮和破裂,電池正負(fù)極內(nèi)短路,從而發(fā)生熱失控。


電池的濫用情況各種各樣,各個(gè)濫用情況造成的熱失控機(jī)理各有不同,但是它們都有一個(gè)顯著的特點(diǎn)那就是內(nèi)短路,內(nèi)短路的發(fā)生使電池自身的電能在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換為熱量,促使電池溫度急劇升高,達(dá)到電池內(nèi)部副反應(yīng)的起始溫度,從而發(fā)生熱失控,電池內(nèi)短路的精確預(yù)測(cè)將會(huì)是以后電池?zé)崾Э氐目刂埔约邦A(yù)測(cè)的關(guān)鍵點(diǎn)。


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