動(dòng)力電池安全熱失控問題解析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-24 22:38
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動(dòng)力電池安全是新能源汽車發(fā)展中的一個(gè)熱點(diǎn)問題。大致分為安全測(cè)試和濫用測(cè)試。壓碎試驗(yàn)和釘刺試驗(yàn)是濫用試驗(yàn)。這兩個(gè)測(cè)試對(duì)電池的破壞性都很大。擠壓是將外部機(jī)械力直接施加在電池上，迫使電池變形，導(dǎo)致電池內(nèi)部零件的機(jī)械變形，導(dǎo)致外部結(jié)構(gòu)損傷(如隔膜破裂、擊穿)，內(nèi)部短路，觸發(fā)可能的熱失控。針刺是指外部金屬異物直接穿透電池，穿透電池內(nèi)部元件，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部短路，引發(fā)可能的熱失控。下面是這兩個(gè)測(cè)試的一些例子。
首先看一下LFP/C電池測(cè)試。LFP材料的熱穩(wěn)定性較高，有助于抑制或延緩熱空時(shí)的發(fā)生。這里有一個(gè)案例研究ELIIY Power的50Ah(106Wh/kg)電池，由TUV進(jìn)行針灸測(cè)試。擊穿位置在電池表面的中心。從插針的整個(gè)過程來看，電池內(nèi)部沒有異?，F(xiàn)象，安全性較高(圖2a-2c)。
針刺試驗(yàn)方面，EC Power采用模擬技術(shù)研究了鋼針厚度對(duì)NCM電池(5Ah, 120Wh/kg)針刺試驗(yàn)結(jié)果的影響。有一組數(shù)據(jù)可供參考:20mm的鋼針，溫度達(dá)到150℃需要150秒;10毫米鋼針一樣,它需要75秒針刺位置的溫度達(dá)到150°c。5毫米鋼針,它只需要2秒針刺位置的溫度達(dá)到150°c(圖3)。這表明,當(dāng)?shù)貧鉁厣仙卺樉牡奈恢门c薄鋼板針相對(duì)更快,更可能導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?/div>
從擠出頭到電池厚度的一半左右，未見異?，F(xiàn)象(圖4a, 4b)。當(dāng)擠壓繼續(xù)時(shí)，電池內(nèi)部的電解質(zhì)會(huì)噴射出來(圖4c)。當(dāng)擠壓繼續(xù)時(shí)，少量白色煙霧開始出現(xiàn)(圖4d)。當(dāng)擠壓到圖4e所示位置時(shí)，可以觀察到電池外殼開始破裂。圖4 f顯示電池殼被擠壓,分成兩半,它可以觀察到,塑料包裝薄膜表面的半電池右邊開始萎縮是由于熱量,表明電池內(nèi)的溫度迅速上升。但在整個(gè)擠壓過程中，電池沒有著火或爆炸，表現(xiàn)出更好的安全特性。
從擠壓頭擠壓電池,電池發(fā)行少量的白煙從頂部(圖5 b),然后開始吐出大量的白煙(圖5 c),然后在6秒內(nèi)注入大量的火星和火焰,電池起火爆炸,完全在幾秒鐘,一個(gè)氣體火災(zāi)爆炸、煙霧,濺出渣是分散在整個(gè)測(cè)試的房間。
我們看一下鋰離子電池在熱失控后從電池內(nèi)部都釋放出哪些氣體。當(dāng)然，由于每種電池的組成、結(jié)果、化學(xué)狀態(tài)都存在差異，釋放出來的氣體各有差異。通常，這些氣體都是可燃的，當(dāng)熱失控造成電池內(nèi)部溫度快速上升到一定程度，就有可能觸發(fā)燃燒。這里以一個(gè)40Ah NCM/C軟包電池為例說明，它的電解液為L(zhǎng)iPF6/EMC/DEC/EC。在充滿電的情況下，通過針刺出發(fā)熱失控，從而采集分析釋放的氣體成分。分析結(jié)果顯示，釋放出來的氣體成分主要包括：
· EMC：碳酸甲酯乙基酯
· DEC：碳酸二乙酯
· EC：碳酸乙烯酯
· Benzene：苯
· Toluene：甲苯
· Styrene：苯乙烯
· Biphenyl：聯(lián)苯
· Acrolein：丙烯醛
· CO：一氧化碳
· COS：硫化碳酰
· Hydrogen fluoride：這是氟化氫
上述這些物質(zhì)中，有些是氣體，有些是揮發(fā)的液體。前三種物質(zhì)是電解液本身?yè)]發(fā)出來的，后面幾種物質(zhì)都是在熱失控過程中形成的新物質(zhì)。上面所有物質(zhì)都已具有一定毒性的，在一定溫度下都是可燃的。
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