鋰離子電池起火的原因分析

作為純電動汽車的能量來源，鋰離子電池起火的主要原因主要是電池過熱而造成的熱失控，這種過熱在電池充放電過程中最容易發(fā)生。由于鋰離子電池自身具有一定的內(nèi)阻，在輸出電能為純電動提供動力的同時會產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時將會損害整個電池的壽命和安全。純電動汽車中，動力電池系統(tǒng)是由多個動力電池單體電芯構(gòu)成，在工作過程中產(chǎn)生大量的熱聚集在狹小的電池箱體內(nèi)，如果熱量不能夠及時地快速散出，高溫會影響動力電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控，從而引發(fā)起火爆炸等事故。從原理上說熱失控的原因主要有以下四個方面：

（1）機械濫用

主要發(fā)生在汽車碰撞時，由于外力的作用，鋰電池單體、電池組發(fā)生變形，自身不同部位發(fā)生相對位移，導(dǎo)致電池隔膜被撕裂并發(fā)生內(nèi)部短路；易燃電解質(zhì)泄漏最終引發(fā)起火。在機械濫用中，穿刺傷害最為嚴重，它可能會導(dǎo)體插入電池本體，造成正負極直接短路。相比之下，碰撞、擠壓等，只是概率性的發(fā)生內(nèi)短路，穿刺過程熱量的生成更加劇烈，引發(fā)熱失控的概率更高。

（2）電濫用

電濫用主要是對電池的使用不當造成的，有外部短路、過度充電和過度放電幾種類型。其中，過渡放電導(dǎo)致的危害最小，但是由于過放造成的銅枝晶的增長會降低電池的安全性從而增加熱失控的幾率。外部短路是在兩個存在壓差的導(dǎo)體在電芯外部接通導(dǎo)致的結(jié)果，當外部短路發(fā)生時，電池產(chǎn)生的熱量無法很好的散去時，電池溫度也會隨之上升，高溫觸發(fā)熱失控。

過度充電是電濫用中危害最高的一種。由于過量的鋰嵌入，鋰枝晶在陽極表面生長。其次，鋰的過度脫嵌導(dǎo)致陰極結(jié)構(gòu)因發(fā)熱和氧釋放而崩潰（NCA陰極的氧釋放）。氧氣的釋放加速了電解質(zhì)的分解，產(chǎn)生大量氣體。由于內(nèi)部壓力的增加，排氣閥打開，電池開始排氣。電芯中的活性物質(zhì)與空氣接觸以后，發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，從而引發(fā)電池包的燃燒起火。

（3）熱濫用

熱濫用主要指在電池中的局部過熱，很少獨立存在，往往是通過機械濫用和電氣濫用發(fā)展而來，并且是最終直接觸發(fā)熱失控等事故的一種情況。熱濫用一般多為外部環(huán)境高或者在溫度控制系統(tǒng)不起作用下導(dǎo)致的電池熱量過高從而造成的短路，從而引發(fā)熱失控。從原因上說，熱濫用的原因是最為復(fù)雜的，電池包的碰撞、損壞，電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、性能或是其他熱管理系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的失靈都可能導(dǎo)致熱濫用的發(fā)生。