隨著新能源汽車、電化學(xué)儲能的大力發(fā)展，鋰電池的裝機量在與日俱增。但新能源汽車和儲能電站的事故頻發(fā)，使得鋰電池的安全問題備受關(guān)注。其中，最危險的因素就是熱失控，下面我們重點討論下鋰電池的熱失控問題。

熱失控的原因

1. 機械濫用，如：擠壓、碰撞、針刺等，在外力的作用下導(dǎo)致鋰電池（電芯）發(fā)生形變，隔膜被破壞，正負(fù)極之間短路而誘發(fā)熱失控。

2. 熱濫用，鋰電池高溫環(huán)境下長時間工作，整個過程中的主要熱源有：外界高溫環(huán)境，使用過程中產(chǎn)生的極化熱、反應(yīng)熱、分解熱等。

3. 電濫用，鋰電池過充電導(dǎo)致活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)遭到破壞，電解液分解產(chǎn)氣，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓強增大。除此之外，還包括過放電、大倍率（超過規(guī)格）充電等。

圖片來源：胡廣，車用鋰離子電池熱失控研究綜述

熱失控機理

第一階段，125℃，熱失控開始階段。SEI膜反應(yīng)分解，SEI的分解使負(fù)極暴露在電解液中，促使電解液與負(fù)極中的鋰反應(yīng)并生成氣體。

圖片來源：黃沛豐，鋰離子電池火災(zāi)危險性及熱失控臨街條件研究

第二階段，125~180℃，電池內(nèi)部氣體釋放和升溫加速。該階段產(chǎn)氣速率加快，正極材料分解，如：LiCoO2分解產(chǎn)生O2。鋰鹽也會分解，如LiPF6分解生成LiF和路易斯酸PF5。而路易斯酸會在高溫下與電解液反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體。

第三階段，180℃以上，熱失控發(fā)生。該階段正/負(fù)電極材料與電解液之間的放熱反應(yīng)和電解液分解反應(yīng)速率急劇增大，電池內(nèi)部溫度也相應(yīng)的急劇升高，泄壓閥打開或引發(fā)自燃。

也有研究者將熱失控細(xì)分為如下范圍：

圖片來源：楊坤，鋰離子電池?zé)崾Э貦C理分析與解決策略

圖片來源：胡廣，車用鋰離子電池?zé)崾Э匮芯烤C述

熱失控的預(yù)防措施

1. 設(shè)置安全閥，但安全閥壓力值范圍需要嚴(yán)格把控。

2. 安裝熱敏電阻，防止電池過充或短路。

3. BMS精確的熱管理，電池使用過程中利用水冷、風(fēng)冷等對電池降溫。

4. 電解液中添加劑的使用，降低電解液的可燃性。

5. 提高SEI成膜質(zhì)量，如：在電解液中添加LiCF3SO3等，使SEI中的無機成分更多。

6. 阻止正極材料與電解液的反應(yīng)，如：電解液中添加劑的使用或正極材料的包覆。

7. 提高隔膜的熔點，如：在隔膜兩側(cè)涂陶瓷層。

8. 規(guī)范使用鋰電池，減小或杜絕過充、過放電等人為因素。

不同環(huán)境溫度下的熱失控機理

低溫下，風(fēng)險因素主要來自負(fù)極側(cè)的析鋰及鋰枝晶的生成。

常溫下，風(fēng)險因素主要來自極化（歐姆極化、電化學(xué)極化等）產(chǎn)熱，或大倍率充/放電下的產(chǎn)熱。

高溫下，風(fēng)險因素主要來自材料的失效，包括：SEI的分解，隔膜的收縮等。

附：參考文獻

[1] 楊坤，鋰離子電池?zé)崾Э貦C理分析與解決策略

[2] 胡廣，車用鋰離子電池?zé)崾Э匮芯烤C述

[3] 黃沛豐，鋰離子電池火災(zāi)危險性及熱失控臨街條件研究

[4] 胡斯航，鋰離子電池?zé)崾Э仫L(fēng)險綜述

特別聲明：本站所轉(zhuǎn)載其他網(wǎng)站內(nèi)容，出于傳遞更多信息而非盈利之目的，同時并不代表贊成其觀點或證實其描述，內(nèi)容僅供參考。版權(quán)歸原作者所有，若有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除。