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什么是熱失控?鋰離子電池熱失控分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年04月22日  

近幾年出現的電池熱失控引起的火災的案例中,都是由于電池的生熱速率遠高于散熱速率,且熱量大量累積而未及時散發出去所引起的。從本質上而言,熱失控是一個能量正反饋循環過程:升高的溫度會導致系統變熱,系統變熱后溫度升高,又反過來讓系統變得更熱。


第1階段:電池內部熱失控階段


電池在80~90℃時是安全的,溫度升高到90~120℃之間時SEI膜開始分解,釋放熱量,溫度升高。但是當溫度達到120~130℃時保護層SEI膜遭到破壞,負極與溶劑、粘結劑反應,溫度升高,隔膜融化關閉。溫度繼續升高至150℃之上后,內部電解質開始進行分解,繼續釋放熱量,進一步加熱電池。


第2階段:電池鼓包階段


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,持續升溫。250-350℃嵌鋰態負極開始與電解液發生反應。


第3階段:電池熱失控,爆炸失效階段


在反應發生過程中,電解液與正極反應出現的氧氣劇烈反應并進一步使電池發生熱失控。


鋰離子電池熱失控成因


其實一般電池內短路在電子產品中出現的概率是千萬分之一,也就是說平時生活中用到的單個電池安全性相對較高。但是在電動汽車中,一輛電動汽車的電池組要幾千個電池組成,這樣發生熱失控的概率就由千萬分之一上升到千分之一。而且電動汽車的電池一旦發生危險,后果將非常嚴重,研究電池熱失控的成因變得尤為重要。


1生產過程


電池生產過程


①正極材料


正極材料的安全性能重要包括過充安全性和熱穩定性,在氧化狀態下,正極材料發生放熱分解反應,并釋放氧氣。


②負極材料


負極材料雖然比較穩定,但嵌鋰狀態下的碳負極在高溫下會首先與電解液發生反應。


③電解液


電解液包括無機導電劑和有機溶劑,而有機溶劑的易燃特性本身就會對電池的安全性能造成一定的影響。


④生產工藝


電池的生產工藝非常復雜,即使進行嚴格控制,也不能完全防止生產過程中的金屬雜質或毛刺。若電池內部出現雜質、毛刺或枝晶,經過放大和惡化導致電導率升高,溫度上升,化學反應和放電發熱所出現的熱量不斷累積,最終可能造成電池的熱失控。


2使用過程


①電池過充觸發熱失控


電池本身有過沖保護,但是當這種過沖保護出現問題失靈的情況下,電池還在繼續充電就會導致電池過沖觸發熱失控。隨著電池的不斷使用,電池的老化現象逐漸嚴重,且電池組的一致性越來越差,此時的電池假如過充極易出現熱安全問題。所以任何時候都應該按使用說明進行安全充電。


②電池過熱觸發熱失控


電動汽車在實際路況行駛中,當電動汽車保持高速行駛或遇到極限工況時,必須持續大電流放電,這時電池內部的溫度開始慢慢升高,當電池熱量大量積累時,若不及時限制其放電電流,極有可能造成動力鋰電池的熱失控現象。


③機械觸發熱失控


動力鋰電池包遭遇撞擊變形、電池包內部電池短路、以及其他對電池包造成損壞的行為都有可能引發電池的熱失控。


正確使用鋰離子電池的注意事項


①安全使用電池,防止電池著火、爆炸等安全事故的發生要購買正規廠家生產的正規、安全電池。


②使電池處在良好的通風、散熱環境中,保證電池工作時的溫度不超過電池內部電化學反應等的溫度。假如發現電池溫度過高,則要想辦法為電池降溫或必要時暫停使用電池,以保證安全。


③充電時要用與電池配套的充電設備,按規定充電,防止電池發生過充現象。一旦過充立即停止充電。


④要保證正確使用電池不要用尖銳或重物撞擊電池,可以在保證電池良好的通風、散熱等的條件下在電池外部加保護罩,防止電池外部損傷而導致安全事故。


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