隨著新能源汽車的大規(guī)模普及，動力電池的安全問題也引起了我們越來越多的關(guān)注，相比于能量密度更高的三元鋰離子電池，磷酸鐵鋰電池被認為具有更高的安全性，那么更安全的磷酸鐵鋰電池發(fā)生熱失控是一種怎樣的體驗呢？

近日，英國的謝菲爾德大學的PeterJ. Bugryniec（第一作者）和Solomon F. Brown（通訊作者）等人利用加速量熱（ARC）和熱箱實驗對于LFP電池在不同的SoC狀態(tài)下導致熱失控發(fā)生的主要原因進行了分析，研究表明在高SoC下，正極和負極分解反應是引起LFP電池熱失控的主要原因，但是在較低的SoC狀態(tài)下負極的分解反應是導致LFP電池熱失控的主要原因。

LFP材料具有橄欖石結(jié)構(gòu)，我們認為由于更加穩(wěn)固的P-O鍵的存在，使得LFP材料在高溫下具有很高的穩(wěn)定性，我們以18650結(jié)構(gòu)電池為例，如果采用LFP材料則在熱失控中最多能夠釋放0.5g的O2，但是如果我們以LCO為正極材料那么熱失控中能夠釋放出多達3.25g的O2，更少的O2釋放意味著電解液的燃燒反應受到抑制，釋放更少的熱量，從而抑制LFP電池熱失控的劇烈程度。

實驗中采用的電池為商業(yè)LFP 18650電池，容量為1500mAh，并分別采用ARC和熱箱實驗研究LFP電池的熱失控行為（如下圖所示），分別控制LFP電池的SoC為0%、28%、63%、100%和110%進行ARC（加速量熱）測試，控制SoC為100%進行熱箱測試。

ARC測試是研究鋰離子電池熱穩(wěn)定性的常用方法，基本操作方法可以分為三步，首先是加熱到預定溫度，第二步是等待，第三步是搜尋，也就是電池在某個溫度下電池溫度的升溫速率達到某個速率就意味著電池開始自放熱，如果電池的升溫速率達到某個速率則以為電池開始熱失控。

在這里作者將ARC的開始溫度設(shè)定為50℃，結(jié)束溫度設(shè)定為315℃，每步升溫5℃，等待60min，如果電池在該溫度下升溫速率達到0.02℃／min，則該溫度是電池的自發(fā)熱開始溫度，如果電池的升溫速率達到1℃／min，則該溫度為電池的熱失控觸發(fā)溫度。

下圖a為100%SoC電池的ARC測試曲線，從圖中能夠看到100%SoC的LFP電池的自發(fā)熱開始溫度為95℃，隨后電池的升溫速率一直增大，并在230℃達到3.7℃／min，但是隨后電池的升溫速率開始出現(xiàn)下降，并在280℃附近出現(xiàn)了一個新的高點——1.6℃／min。

其中區(qū)域1，95-150℃，電池開始自加熱，這主要對應的為負極表面的SEI膜發(fā)生分解，并伴隨著負極-電解液反應，在區(qū)域3中，150-255℃，該階段產(chǎn)生的熱量主要來自于負極-電解液、正極-電解液的副反應，其中負極-電解液釋放的熱量占據(jù)絕大部份。在區(qū)域4中（>255℃），這一階段的電池內(nèi)部熱量的產(chǎn)生主要來自于電解液與LFP分解產(chǎn)生的O2發(fā)生的氧化反應。

在110%SoC和63%SoC下電池的ARC曲線與100%SoC電池的ARC的曲線的形狀基本是相同的，但是當電池的SoC進一步下降到28%，則電池的ARC曲線形狀則會出現(xiàn)明顯的變化（如下圖d所示），從電池自放熱開始后一直到190℃，電池的升溫速率一直在提升，并在190℃左右達到峰值，然后開始下降，隨后電池的升溫速率又開始緩慢增加。