鋰電池組熱失控是什么原因呢？鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程是怎樣的？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-06-08 10:30
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動(dòng)力電池工作后是必然要發(fā)熱的，常態(tài)下是可控的，但是非常態(tài)下會(huì)失控。如果失控，必然會(huì)發(fā)生火災(zāi)。技術(shù)上必須要搞清楚，對(duì)失控原因分析是必須的。歸納起來(lái)，有內(nèi)、外2個(gè)方面的基本原因：
(1)外因：過(guò)充電觸發(fā)熱失控、外力導(dǎo)致熱失控、過(guò)熱觸發(fā)熱失控；
(2)內(nèi)因：電池內(nèi)部短路觸發(fā)熱失控。
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。
從本質(zhì)上而言，“熱失控”是一個(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。
熱失控現(xiàn)象及其強(qiáng)度與鋰電池組的大小、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)。
電池充電時(shí)，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負(fù)極直接短路。而且，金屬鋰非?；顫姡芍苯雍碗娊庖悍磻?yīng)放熱，其熔點(diǎn)又很低，即使表面金屬鋰枝晶沒(méi)有刺穿隔膜，只要溫度稍高，金屬鋰就會(huì)溶解，從而引發(fā)短路。材料發(fā)生氧化還原熱反應(yīng)的溫度越高，表明其氧化能力越弱，正極材料的氧化能力越強(qiáng)，發(fā)生反應(yīng)就越劇烈，也越容易引發(fā)安全事故。
動(dòng)力電池是能源系統(tǒng)，工作一定會(huì)發(fā)熱。要保障絕對(duì)安全，必須從工程上，有可靠技術(shù)來(lái)保障它的發(fā)熱是可控的。
鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程
電池?zé)崾Э囟际怯捎陔姵氐纳鸁崴俾蔬h(yuǎn)高于散熱速率，且熱量大量累積而未及時(shí)散發(fā)出去所引起的。從本質(zhì)上而言，“熱失控”是一個(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)變熱后溫度升高，又反過(guò)來(lái)讓系統(tǒng)變得更熱。不嚴(yán)格的劃分，電池?zé)崾Э乜梢苑譃槿齻€(gè)階段：
第1階段：電池內(nèi)部熱失控階段
由于內(nèi)部短路、外部加熱，或者電池自身在大電流充放電時(shí)自身發(fā)熱，使電池內(nèi)部溫度升高到90℃～100℃左右，鋰鹽LiPF6開始分解；對(duì)于充電狀態(tài)的碳負(fù)極化學(xué)活性非常高，接近金屬鋰，在高溫下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的鋰離子與電解液、黏結(jié)劑會(huì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步把電池溫度推高到150℃，此溫度下又有新的劇烈放熱反應(yīng)發(fā)生，例如電解質(zhì)大量分解，生成PF5，PF5進(jìn)一步催化有機(jī)溶劑發(fā)生分解反應(yīng)等。
第2階段：電池鼓包階段
電池溫度達(dá)到200℃之上時(shí)，正極材料分解，釋放出大量熱和氣體，持續(xù)升溫。250-350℃嵌鋰態(tài)負(fù)極開始與電解液發(fā)生反應(yīng)。
第3階段：電池?zé)崾Э?，爆炸失效階段
在反應(yīng)發(fā)生過(guò)程中，充電態(tài)正極材料開始發(fā)生劇烈分解反應(yīng)，電解液發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)，釋放出大量的熱，產(chǎn)生高溫和大量氣體，電池發(fā)生燃燒爆炸。
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