詳解鋰電池安全問(wèn)題及短路原因
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-06 08:43
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由于內(nèi)短路造成的熱失控是鋰離子電池主要的安全問(wèn)題，其他的安全問(wèn)題可能用電化學(xué)或者機(jī)械方法控制。
電池最初的潛在缺陷可能不太好控制，比如以下因素導(dǎo)致最終的嚴(yán)重內(nèi)短路，包括隔膜的破損，金屬溶解和沉積，金屬雜質(zhì)殘余等。
鋰離子電池系統(tǒng)內(nèi)短路的熱行為基于非常復(fù)雜的因素，例如短路性質(zhì)，容量，電池電化學(xué)特性，電氣和熱力學(xué)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)負(fù)載等。
電池內(nèi)短路是多物理場(chǎng)，3維方面的問(wèn)題，與之相關(guān)是電池的電化學(xué)，熱系統(tǒng)，熱濫用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等。通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚶斫怆娀瘜W(xué)反應(yīng)，熱的釋放，熱反應(yīng)的傳播，以及從工藝技術(shù)解決的對(duì)策。
研究方法
通過(guò)做3D物理場(chǎng)模擬研究來(lái)描述內(nèi)短路和短路隨時(shí)間的變化，進(jìn)而擴(kuò)展理解NERL的電化學(xué)，熱電，濫用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型(如下圖所示)。多物理場(chǎng)模型仿真證明了在短路事件中加熱模型是基于短路性質(zhì)，電池特性(如容量和倍率性能)的。
1.短路的反應(yīng)熱=電池放電的熱+短路點(diǎn)的焦耳熱
1.短路點(diǎn)的焦耳熱
以鋁箔和負(fù)極LiC6和C6接觸能量最大，極易起火和爆炸；正負(fù)極銅鋁箔接觸或者活性物質(zhì)的接觸幾乎不會(huì)造成起火爆炸。
2.電池放電的熱
熱量以正負(fù)極銅鋁箔的直接接觸最大，鋁箔和負(fù)極粉料接觸最小
3.短路電阻大于5Ω的情況下不會(huì)出現(xiàn)熱失控
20Ah疊片電池不同情況下的短路研究
鋰電池安全問(wèn)題研究：內(nèi)短路模型
第一種情況：鋁銅集流體之間的短路
短路區(qū)域的面積：1mm*1mm
短路電阻10mΩ，短路電流300A，≈15C倍率
可能的存在的短路因素：金屬異物刺穿隔膜和電極，負(fù)極極片位移銅鋁箔接觸
1.短路點(diǎn)產(chǎn)生的焦耳熱集中在一點(diǎn)上釋放，能夠觀察到局部溫升
2.鋁極耳的溫度接近其熔點(diǎn)(大約600℃)
3.短路之后10s時(shí)，電池表面溫升在200-300℃，短路點(diǎn)局部達(dá)到了700-800℃
