鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蚣敖鉀Q辦法
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-22 11:26
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對(duì)于鋰離子電池，熱失控是最嚴(yán)重的安全事故，它會(huì)引起鋰離子電池起火甚至爆炸，直接威脅用戶的安全。鋰電池安全問(wèn)題引起了廣泛重視，存在的問(wèn)題急需進(jìn)一步解決。
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從本質(zhì)上而言，鋰離子電池?zé)崾Э厥且粋€(gè)能量正反饋循環(huán)過(guò)程：升高的溫度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱升高溫度，這又反過(guò)來(lái)又讓系統(tǒng)變得更熱。熱失控是很常見(jiàn)的現(xiàn)象，從混凝土養(yǎng)護(hù)到恒星爆炸，都有可能會(huì)出現(xiàn)熱失控。
1、經(jīng)常過(guò)充。
2、未經(jīng)授權(quán)改裝外殼。
3、環(huán)境溫度超過(guò)60°C。
4、隔離鋰離子電池負(fù)極和正極的隔膜出現(xiàn)的撕裂會(huì)導(dǎo)致短路，而短路往往又會(huì)引起熱崩潰。
鋰離子電池發(fā)生熱失控主要是由于內(nèi)部產(chǎn)熱遠(yuǎn)高于散熱速率，在鋰離子電池的內(nèi)部積攢了大量的熱量，從而引起了連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致電池起火和爆炸。參與“熱失控”反應(yīng)的是鋰電池中的氧化鈷化學(xué)物。加熱這種化學(xué)物達(dá)到一定溫度，它就開(kāi)始自發(fā)熱，然后發(fā)展成起火和爆炸。在某些情況下，這種有機(jī)電解液釋放壓力會(huì)導(dǎo)致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下，或者是遇到火花，它也有可能會(huì)燃燒。
熱失控現(xiàn)象及其強(qiáng)度與鋰電池的大小、配置和電池單元的數(shù)量有關(guān)。小型鋰電池組只有幾個(gè)鋰電池單元，所以熱失控從有問(wèn)題的電池單元傳播到其他單元的機(jī)會(huì)相對(duì)較低。而波音787巨大的電池組就是另外一回事了：它們裝在密封的金屬盒里，不能排放余熱，當(dāng)一個(gè)電池單元熱到足以點(diǎn)燃電解質(zhì)時(shí)，其余的電池單元就會(huì)迅速跟進(jìn)。
鋰電池發(fā)熱失控的因素很多，總的來(lái)說(shuō)分為兩類，內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要是：電池生產(chǎn)缺陷導(dǎo)致內(nèi)短路;電池使用不當(dāng)，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負(fù)極短路。外部因素主要是：擠壓和針刺等外部因素導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生短路;電池外部短路造成電池內(nèi)部熱量累積過(guò)快;外部溫度過(guò)高導(dǎo)致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解。
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針對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э氐那闆r，目前國(guó)內(nèi)主流的解決方法主要從外部保護(hù)和內(nèi)部改進(jìn)兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。外部保護(hù)主要是指系統(tǒng)方面的升級(jí)改進(jìn)，內(nèi)部改進(jìn)是指針對(duì)電池本身進(jìn)行提高。
(1)冷卻方式的提升
熱管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制溫度，確保電池一直處在一個(gè)合理的運(yùn)行溫度下。通常，熱管理系統(tǒng)由整車控制器控制，在電池包溫度異常時(shí)，通過(guò)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)散熱或者加熱，保證電池安全以及壽命。電池的散熱方式根據(jù)導(dǎo)熱方式和介質(zhì)的不同而分為四項(xiàng)：空氣冷卻(風(fēng)冷)、液體冷卻(水冷)、相變材料(固體)、和結(jié)合冷卻(風(fēng)冷/水冷+固體冷卻)幾種。
(2)內(nèi)部材料及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)
內(nèi)部改進(jìn)即從電芯內(nèi)部的材料結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，從而使鋰電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點(diǎn)來(lái)說(shuō)，發(fā)展固態(tài)電解液;對(duì)正負(fù)極進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造;以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內(nèi)部提升電池?zé)嵝阅艿闹髁鞣椒ㄖ弧?/div>
近日，德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校研究人員或已找到解決鋰離子電池?zé)崾Э兀礋崃糠e聚過(guò)多）問(wèn)題的方法，該研究小組稱，解決電池過(guò)熱難題后，可將電池容量提高20%-30%，同時(shí)可降低電池起火、爆炸幾率，此次發(fā)現(xiàn)可能會(huì)改變制造商生產(chǎn)電池的方式。
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