车用锂动力电池系统的安全性剖析
来源：宝鄂实业
2019-05-08 19:38
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1.动力电池安全性问题
锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1所示。
车用锂离子动力电池系统的安全性剖析
图1 近年来部分锂离子动力电池事故
锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。
1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。
2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。
3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。
车用锂离子动力电池系统的安全性剖析
图2 动力电池系统安全性问题的层次
2.动力电池安全性演变
2.1 “演化”与“突变”
电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。
2.2 安全性演化机理
电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。
3 电池安全事故触发
3.1 热失控机理
经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。
图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。
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图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC）
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图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理
车用锂离子动力电池系统的安全性剖析
表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理
对于冒烟的情况，在阶段V，如果电池内部温度低于正极集流体铝箔的熔化温度660℃，电池正极涂层就不会随着反应产生的气体喷出，此时观察到的会是白烟；反之则是黑烟。
对于起火的情况，引燃的主要原因是喷出的气体温度高于其闪点，电解液气体与氧气剧烈反应。
对于爆炸的情况，必备的条件是电池内部具有高压气体积聚，安全阀则是及时释放高压积聚气体的关键。
