鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程,不同鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)一樣嗎?

來(lái)源：存能電氣  日期：2020-03-10 16:15  瀏覽量：次

鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程，不同鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)一樣嗎？目前汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題就是電池成組安全問(wèn)題。近年發(fā)生的汽車(chē)動(dòng)力電池事故均是由于鋰電池組中的某一個(gè)電池單體發(fā)生熱失控后產(chǎn)生大量熱，導(dǎo)致周?chē)姵貑误w受熱產(chǎn)生熱失控。電池組內(nèi)的熱失控蔓延問(wèn)題就是電池成組安全問(wèn)題的主要關(guān)注點(diǎn)。

對(duì)于鋰離子電池而言，熱失控是最嚴(yán)重的安全事故。鋰離子電池?zé)崾Э卦从诋a(chǎn)熱速率遠(yuǎn)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(fù)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?zé)崾Э剡^(guò)程

電池?zé)崾Э囟际怯捎?a href="http://www.fjfenglan.cn/" target="_blank" title="電池">電池的生熱速率遠(yuǎn)高于散熱速率，且熱量大量累計(jì)而未及時(shí)散發(fā)出去所引起的。從本質(zhì)上而言，“熱失控”是一個(gè)能量正反饋循環(huán)過(guò)程：升高的溫度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱后溫度升高，有反過(guò)來(lái)讓系統(tǒng)變得更熱，不嚴(yán)格的劃分，電池?zé)崾Э乜煞譃槿齻€(gè)階段：

1、電池內(nèi)部熱失控階段

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(shí)自身發(fā)熱，使電池內(nèi)部溫度升高到90℃～100℃左右，鋰鹽LiPF6開(kāi)始分解；對(duì)于充電狀態(tài)的碳負(fù)極化學(xué)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(huì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)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：鋰電池溫度達(dá)到200℃之上時(shí)，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(fù)極開(kāi)始與電解液發(fā)生反應(yīng)。

3、電池?zé)崾Э兀ㄊщA段：在反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，充電態(tài)正極材料開(kāi)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，產(chǎn)生高溫和大量氣體，鋰電池發(fā)生燃燒爆炸。

不同鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)一樣嗎?

在外部加熱時(shí)，所有鋰電池都會(huì)產(chǎn)生熱失控釋放煙霧和氣體。對(duì)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(diǎn)燃導(dǎo)致氣體爆炸，并伴隨著主要的煙氣釋放過(guò)程。無(wú)論是否曾經(jīng)循環(huán)過(guò)的電芯，并沒(méi)有影響氣體爆炸的發(fā)生，它們發(fā)生在0-300個(gè)全深循環(huán)的所有循環(huán)老化水平。

與其他類(lèi)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(fēng)險(xiǎn)更高。這些風(fēng)險(xiǎn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有被充分理解，而通過(guò)研究和事故分析是有可能提高系統(tǒng)安全性的。風(fēng)險(xiǎn)的類(lèi)型和嚴(yán)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)尺寸的增加，故障后果可能會(huì)顯著增加。

鈷酸鋰電池?zé)崾Э販囟茸罡撸蛇_(dá)850攝氏度；鎳鈷錳三元鋰電池次之，可達(dá)670攝氏度；磷酸鐵鋰電池沒(méi)有明顯的熱失控?zé)嵝裕罡邷囟燃s400攝氏度。熱失控過(guò)程的動(dòng)力性很明顯取決于鋰離子電池的能量，鈷酸鋰電池比能量最高，溫度變化、氣體排出也最劇烈。

熱失控的因素很多，總的來(lái)說(shuō)分為兩類(lèi)，內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要是：電池生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致內(nèi)短路；電池使用不當(dāng)，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負(fù)極短路。外部因素主要是：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(guò)快；外部溫度過(guò)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?zé)崾Э剡^(guò)程和不同鋰電池?zé)崾Э氐姆磻?yīng)。一般熱失控發(fā)生之后會(huì)往下傳播，比如第一節(jié)熱失控之后會(huì)有傳熱開(kāi)始傳播，然后整組像放鞭炮似的一個(gè)一個(gè)接下來(lái)。總之在熱失控?cái)U(kuò)展和抑制方面，研發(fā)人員要從安全保護(hù)設(shè)計(jì)和鋰電池管理系統(tǒng)兩個(gè)方面著手。