鉅大LARGE | 點擊量:5326次 | 2021年04月22日
什么是熱失控?鋰離子電池熱失控分析
近幾年出現(xiàn)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(fā)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(huán)過程:升高的溫度會導致系統(tǒng)變熱,系統(tǒng)變熱后溫度升高,又反過來讓系統(tǒng)變得更熱。
第1階段:電池內(nèi)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(xù)升高至150℃之上后,內(nèi)部電解質開始進行分解,繼續(xù)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(xù)升溫。250-350℃嵌鋰態(tài)負極開始與電解液發(fā)生反應。
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%
第3階段:電池熱失控,爆炸失效階段
在反應發(fā)生過程中,電解液與正極反應出現(xiàn)的氧氣劇烈反應并進一步使電池發(fā)生熱失控。
鋰離子電池熱失控成因
其實一般電池內(nèi)短路在電子產(chǎn)品中出現(xiàn)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(fā)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(fā)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(chǎn)過程
電池生產(chǎn)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(wěn)定性,在氧化狀態(tài)下,正極材料發(fā)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(wěn)定,但嵌鋰狀態(tài)下的碳負極在高溫下會首先與電解液發(fā)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(chǎn)工藝
電池的生產(chǎn)工藝非常復雜,即使進行嚴格控制,也不能完全防止生產(chǎn)過程中的金屬雜質或毛刺。若電池內(nèi)部出現(xiàn)雜質、毛刺或枝晶,經(jīng)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(fā)熱所出現(xiàn)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(fā)熱失控
電池本身有過沖保護,但是當這種過沖保護出現(xiàn)問題失靈的情況下,電池還在繼續(xù)充電就會導致電池過沖觸發(fā)熱失控。隨著電池的不斷使用,電池的老化現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(xù)大電流放電,這時電池內(nèi)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(xiàn)象。
③機械觸發(fā)熱失控
動力鋰電池包遭遇撞擊變形、電池包內(nèi)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(fā)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(fā)生要購買正規(guī)廠家生產(chǎn)的正規(guī)、安全電池。
②使電池處在良好的通風、散熱環(huán)境中,保證電池工作時的溫度不超過電池內(nèi)部電化學反應等的溫度。假如發(fā)現(xiàn)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(guī)定充電,防止電池發(fā)生過充現(xiàn)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。