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什么是热失控?锂离子电池热失控分析

来源:宝鄂实业    2019-04-09 12:23    点击量:
近几年出现的电池热失控引起的火灾的案例中,都是由于电池的生热速率远高于散热速率,且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言,“热失控”是一个能量正反馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热后温度升高,又反过来让系统变得更热。
 
第1阶段:电池内部热失控阶段
 
电池在80~90℃时是安全的,温度升高到90~120℃之间时 SEI 膜开始分解,释放热量,温度升高。但是当温度达到120~130℃时保护层SEI膜遭到破坏,负极与溶剂、粘结剂反应,温度升高,隔膜融化关闭。温度继续升高至150℃之上后,内部电解质开始进行分解,继续释放热量,进一步加热电池。
 
第2阶段:电池鼓包阶段
 
电池温度达到200℃之上时,正极材料分解,释放出大量热和气体,持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。
 
第3 阶段:电池热失控,爆炸失效阶段
 
在反应发生过程中,电解液与正极反应产生的氧气剧烈反应并进一步使电池发生热失控。
锂离子电池热失控成因
 
其实一般电池内短路在电子产品中出现的概率是千万分之一,也就是说平时生活中用到的单个电池安全性相对较高。但是在电动汽车中,一辆电动汽车的电池组需要几千个电池组成,这样发生热失控的概率就由千万分之一上升到千分之一。而且电动汽车的电池一旦发生危险,后果将非常严重,研究电池热失控的成因变得尤为重要。
 
1生产过程
 
电池生产过程
 
①正极材料
正极材料的安全性能主要包括过充安全性和热稳定性,在氧化状态下,正极材料发生放热分解反应,并释放氧气。
 
②负极材料
负极材料虽然比较稳定,但嵌锂状态下的碳负极在高温下会首先与电解液发生反应。
 
③电解液
电解液包括无机导电剂和有机溶剂,而有机溶剂的易燃特性本身就会对电池的安全性能造成一定的影响。
 
④生产工艺
电池的生产工艺非常复杂,即使进行严格控制,也不能完全避免生产过程中的金属杂质或毛刺。若电池内部出现杂质、毛刺或枝晶,经过放大和恶化导致电导率升高,温度上升,化学反应和放电发热所产生的热量不断累积,最终可能造成电池的热失控。
 
2使用过程
 
①电池过充触发热失控
电池本身有过冲保护,但是当这种过冲保护出现问题失灵的情况下,电池还在继续充电就会导致电池过冲触发热失控。随着电池的不断使用,电池的老化现象逐渐严重,且电池组的一致性越来越差,此时的电池如果过充极易出现热安全问题。所以任何时候都应该按使用说明进行安全充电。
 
②电池过热触发热失控
电动汽车在实际路况行驶中,当电动汽车保持高速行驶或遇到极限工况时,必须持续大电流放电,这时电池内部的温度开始慢慢升高,当电池热量大量积累时,若不及时限制其放电电流,极有可能造成动力电池的热失控现象。
 
③机械触发热失控
动力电池包遭遇撞击变形、电池包内部电池短路、以及其他对电池包造成损坏的行为都有可能引发电池的热失控。
正确使用锂离子电池的注意事项
 
①安全使用电池,防止电池着火、爆炸等安全事故的发生要购买正规厂家生产的正规、安全电池。
 
②使电池处在良好的通风、散热环境中,保证电池工作时的温度不超过电池内部电化学反应等的温度。如果发现电池温度过高,则要想办法为电池降温或必要时暂停使用电池,以保证安全。
 
③充电时要用与电池配套的充电设备,按规定充电,防止电池发生过充现象。一旦过充立即停止充电。
 
④要保证正确使用电池不要用尖锐或重物撞击电池,可以在保证电池良好的通风、散热等的条件下在电池外部加保护罩,防止电池外部损伤而导致安全事故。

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