鉅大LARGE | 點擊量：1182次 | 2021年05月07日
鋰離子電池熱失控過程,不同鋰電池熱失控反應(yīng)一樣嗎?
鋰離子電池熱失控過程，不同鋰離子電池熱失控反應(yīng)相同嗎？目前汽車動力鋰電池系統(tǒng)的安全問題就是電池成組安全問題。近年發(fā)生的汽車動力鋰電池事故均是由于鋰離子電池組中的某一個電池單體發(fā)生熱失控后出現(xiàn)大量熱，導(dǎo)致周圍電池單體受熱出現(xiàn)熱失控。電池組內(nèi)的熱失控蔓延問題就是電池成組安全問題的重要關(guān)注點。
關(guān)于鋰離子電池而言，熱失控是最嚴重的安全事故。鋰離子電池熱失控源于產(chǎn)熱速率遠高于散熱速率，大量的熱量在鋰離子電池內(nèi)部積累，引起鋰離子電池溫度的快速升高，導(dǎo)致隔膜收縮、熔化，正負極活性物質(zhì)分解等自發(fā)的放熱反應(yīng)，引起鋰離子電池起火和爆炸。
鋰離子電池熱失控過程
電池熱失控都是由于電池的生熱速率遠高于散熱速率，且熱量大量累計而未及時散發(fā)出去所引起的。從本質(zhì)上而言，“熱失控”是一個能量正反饋循環(huán)過程：升高的溫度會導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱后溫度升高，有反過來讓系統(tǒng)變得更熱，不嚴格的劃分，電池熱失控可分為三個階段：
1、電池內(nèi)部熱失控階段
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
由于內(nèi)部短路、外部加熱，或者電池自身在大電流充放電時自身發(fā)熱，使電池內(nèi)部溫度升高到90℃～100℃左右，鋰鹽LiPF6開始分解；關(guān)于充電狀態(tài)的碳負極化學活性非常高，接近金屬鋰，在高溫下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的鋰離子與電解液、黏結(jié)劑會發(fā)生反應(yīng)，進一步把電池溫度推高到150℃，此溫度下又有新的劇烈放熱反應(yīng)發(fā)生。
2、電池鼓包階段：鋰離子電池溫度達到200℃之上時，正極材料分解，釋放出大量熱和氣體，持續(xù)升溫。250-350℃嵌鋰態(tài)負極開始與電解液發(fā)生反應(yīng)。
3、電池熱失控，爆炸失效階段：在反應(yīng)發(fā)生過程中，充電態(tài)正極材料開始發(fā)生劇烈分解反應(yīng)，電解液發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量的熱，出現(xiàn)高溫和大量氣體，鋰離子電池發(fā)生燃燒爆炸。
不同鋰離子電池熱失控反應(yīng)相同嗎?
在外部加熱時，所有鋰離子電池都會出現(xiàn)熱失控釋放煙霧和氣體。關(guān)于大約一半的工作電芯，在熱失控后約15秒內(nèi)，積聚在烘箱中的氣體被點燃導(dǎo)致氣體爆炸，并伴隨著重要的煙氣釋放過程。無論是否曾經(jīng)循環(huán)過的電芯，并沒有影響氣體爆炸的發(fā)生，它們發(fā)生在0-300個全深循環(huán)的所有循環(huán)老化水平。
與其他類型的電池相比，鋰離子電池發(fā)熱較大，其氣體排放，爆炸、起火的風險更高。這些風險還遠遠沒有被充分理解，而通過研究和事故分析是有可能提高系統(tǒng)安全性的。風險的類型和嚴重程度取決于不同的應(yīng)用和電池系統(tǒng)的大小。由于電池和模塊故障的可傳播性，隨著電池系統(tǒng)尺寸的新增，故障后果可能會顯著新增。
鈷酸鋰離子電池熱失控溫度最高，可達850攝氏度；鎳鈷錳三元鋰離子電池次之，可達670攝氏度；磷酸鐵鋰離子電池沒有明顯的熱失控熱性，最高溫度約400攝氏度。熱失控過程的動力性很明顯取決于鋰離子電池的能量，鈷酸鋰離子電池比能量最高，溫度變化、氣體排出也最劇烈。
熱失控的因素很多，總的來說分為兩類，內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素重要是：電池生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致內(nèi)短路；電池使用不當，導(dǎo)致內(nèi)部出現(xiàn)鋰枝晶引發(fā)正負極短路。外部因素重要是：擠壓和針刺等外部因素導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生短路；電池外部短路造成電池內(nèi)部熱量累積過快；外部溫度過高導(dǎo)致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解。
以上就是鋰離子電池熱失控過程和不同鋰離子電池熱失控的反應(yīng)。一般熱失控發(fā)生之后會往下傳播，比如第一節(jié)熱失控之后會有傳熱開始傳播，然后整組像放鞭炮似的一個一個接下來?？傊跓崾Э財U展和抑制方面，研發(fā)人員要從安全保護設(shè)計和鋰離子電池管理系統(tǒng)兩個方面著手。
