简述锂电池热失控扩散的防范措施
来源：宝鄂实业
2019-07-09 16:42
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根据锂离子电池主要原材料【见注1】不同，在发生热失控时会有不同的起始温度以及不同的能量释放速度。如三元正极材料相对于磷酸铁锂正极材料电池，在相同容量情况下其能量释放速度相对较大，当然这还要考虑到电芯机械结构设计等多种因素。引起热失控的因素无非内部因素和外部因素的交互作用，滥用、机械损伤等外部因素最终也是通过诱发电芯内部材料剧烈反应而导致热失控。
【注1】：如正极材料类型（如磷酸铁锂、NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、钴酸锂、锰酸锂、镍锰二元材料、磷酸锰铁锂、以及混合使用等）、负极材料类型（人造石墨、天然石墨、MCMB、硅碳负极等）、隔膜类型（如是否有陶瓷、单层或多层结构、厚度等）、电解液配方等。
因此，有关热失控的防范措施，需从诱发热失控的原因着手，通过分析上述内部、外部诱发因素，可以从推迟锂离子电芯失效速度以及降低热失控破坏力方面进行考虑，并从电芯获取能量来源、原材料、结构设计等方面着手。例如▼
★提升电能给予准确度（如动态并且准确适宜的充放电方案和电压、电流、温度监控方案）、以及提高材料稳定性等，可以通过活性材料体相掺杂研究、组分及烧结工艺研究、壳核结构研究等；
★降低副反应发生程度，可通过降低活性材料比表面积等，增加陶瓷涂层提高隔膜热稳定性，在正负极多孔电极配比内增加温度影响内阻材料（如PTC或NTC材料），改变电解液组分以提高稳定性及可靠性（如开发固态电解质、增加功能添加剂等）；
★另外，当热失控发生时，还可以通过增加类似圆柱18650电池CID、VENT以及方型铝壳电池防爆阀等，以及OSD阻断设计来控制电芯能量释放方向性和及时性，进而降低破坏力。
热失控是非常严重的电芯失效模式之一，将可能直接对人身安全及财产安全造成损害。很多科研机构及电池企业都致力于通过技术手段规避电芯发生热失控的诱因，并且通过开发稳定可靠的触发方法来检测发生热失控时造成的危害程度。
2、热失控扩散的防范措施
针对热失控扩散的防范措施，主要有▼
a)设计合理并且可靠的热交换策略，主要有液冷技术、风冷技术、吸热相变材料技术等，在电芯发生热失控时，及时将该电芯散发出来的热量导出模块或系统。这些技术的选择要考虑到电池系统有一定机械形变以及电气损伤后的可靠性；
b)根据电芯热扩散系数，设计合理的电池间距，避免触发热失控电芯相邻电芯温度的升高，降低因热传导导致的触发热失控的风险；
c)电路中增加电流限制功能元件，当部分回路电流、电压、温度出现异常时可快速、准确的切断回路电流，可有效避免电能传导；
d)开发具有阻燃、降温、灭火以及隔氧等功能的新材料；
e)设计可靠的能量以及有害物质（包括气体、液体、固体等）定向及定量释放策略，并配合可承受一定机械应力的结构，避免高温喷出物以及喷出物燃烧产生的火焰对周围电芯模块等产生影响。
