何為鋰電池?zé)崾Э丶盁崾Э財(cái)U(kuò)散？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-09 16:40
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熱失控
電化學(xué)電池以不可控制的方式通過(guò)自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。目前，多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中都有針對(duì)熱失控的定義，
A1階段：電芯在使用過(guò)程中首先會(huì)產(chǎn)生初始能量熱擾動(dòng)，引起熱擾動(dòng)的能量來(lái)源包括電芯內(nèi)部正常的鋰離子充放電化學(xué)反應(yīng)、內(nèi)部非正?；瘜W(xué)反應(yīng)（如不符合額定電壓、電流、溫度或有熱傳導(dǎo)的濫用造成的內(nèi)部劇烈反應(yīng)，外部和內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷最終造成的內(nèi)部劇烈反應(yīng)等），從而導(dǎo)致電芯產(chǎn)生熱量。與此同時(shí)，電芯會(huì)向外進(jìn)行熱量散逸，同時(shí)部分化學(xué)反應(yīng)會(huì)伴隨吸熱；
A2階段：當(dāng)電芯散逸的熱量+反應(yīng)消耗的熱量≥電芯獲得的熱量時(shí)，電芯是安全的；
A3階段：當(dāng)電芯散逸的熱量+反應(yīng)消耗的熱量＜電芯獲得的熱量時(shí)，電芯產(chǎn)生溫升ΔT。如果ΔT沒(méi)有帶來(lái)電芯內(nèi)部新的放熱反應(yīng)，則電芯是安全的；
A4階段：如有新的放熱反應(yīng)（如SEI膜的分解放熱、電解液的分解放熱、氟化物粘結(jié)劑的分解放熱、電解液分解放熱、正極活性材料分解放熱、過(guò)充電時(shí)沉積出的金屬鋰與電解液發(fā)生反應(yīng)放熱、金屬鋰與粘結(jié)劑的反應(yīng)放熱、可燃物質(zhì)的燃燒等），當(dāng)這些反應(yīng)放熱所帶來(lái)的電芯內(nèi)部反應(yīng)速度不可控時(shí)，電芯溫度上升將不可控，便會(huì)引起A5階段中我們常規(guī)所定義的熱失控，各儲(chǔ)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的電芯內(nèi)部放熱反應(yīng)引起不可控溫升的現(xiàn)象。
電芯在使用后的狀態(tài)描述可分為未失效和失效兩種狀態(tài)。未失效即為電芯還可以在滿(mǎn)足使用條件下繼續(xù)使用，而失效狀態(tài)則表明電芯不再適于繼續(xù)使用。失效的狀態(tài)描述又可分為安全狀態(tài)和非安全狀態(tài)兩種：安全狀態(tài)僅表現(xiàn)為電芯的容量衰減異常、內(nèi)阻變化異常等；而非安全狀態(tài)一般指電芯對(duì)外將產(chǎn)生不可控的能量釋放。
當(dāng)電芯發(fā)生熱失控時(shí)，其能量釋放、有毒有害物質(zhì)釋放的不可控即被定義為起火、爆炸，此時(shí)即可判定電芯發(fā)生了安全事故。
2、熱失控?cái)U(kuò)散
熱失控電池產(chǎn)生的熱量高于它可以消散的熱量時(shí)，熱量進(jìn)一步積累，可能導(dǎo)致火災(zāi)，爆炸和氣體釋放。如果電池系統(tǒng)中，由于一個(gè)電芯產(chǎn)生熱失控而引發(fā)其他電芯熱失控，即為熱失控?cái)U(kuò)散。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 36276-2018中給出的熱失控?cái)U(kuò)散定義如表2所示。
1、熱失控的引發(fā)原因
通過(guò)對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)中熱失控的定義對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱失控更多是被描述為：電池內(nèi)部發(fā)生不可控溫升的現(xiàn)象。
在電芯的實(shí)際使用過(guò)程中，其材料可逆容量、SEI阻抗、電解液組分、結(jié)構(gòu)件物理指標(biāo)等是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，直接影響電芯充放電曲線(xiàn)、內(nèi)阻等動(dòng)態(tài)變化。如果電芯的實(shí)際使用條件（如溫度限值、電壓限值、電流值等）沒(méi)有動(dòng)態(tài)調(diào)整與之匹配，從而造成電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)加速損傷以及引發(fā)部分關(guān)鍵原材料加速失效的情況，稱(chēng)之為電芯濫用。濫用經(jīng)常會(huì)最終導(dǎo)致電芯安全失效，即熱失控。
熱失控現(xiàn)象的產(chǎn)生原因可以分為兩類(lèi)：內(nèi)因和外因。內(nèi)因主要指在電池設(shè)計(jì)及制造過(guò)程中產(chǎn)生的原因；外因主要指在電池運(yùn)輸、安裝及運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中由于人員、外部條件等導(dǎo)致的原因。分類(lèi)概括如下▼
在諸多標(biāo)準(zhǔn)中提及的熱失控觸發(fā)方案僅是對(duì)其濫用方式的一種模擬，并不能完全表征電芯所有可能誘發(fā)熱失控的原因。
2、熱失控?cái)U(kuò)散的引發(fā)原因
電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控?cái)U(kuò)散最直接的誘因，包括發(fā)生熱失控的電芯對(duì)其周?chē)渌娦镜哪芰總鲗?dǎo)（包括熱能、電能、機(jī)械能等）以及噴出物起火等。
能量傳導(dǎo)
①熱能傳導(dǎo)：當(dāng)電池發(fā)生熱失控時(shí)，通過(guò)電池正面接觸而產(chǎn)生的側(cè)向加熱非常劇烈，導(dǎo)致被加熱電池內(nèi)部在厚度方向上溫度梯度變大，由于電池前端面溫度達(dá)到熱失控觸發(fā)溫度進(jìn)而產(chǎn)生熱失控?cái)U(kuò)散。
②電能傳導(dǎo)：某一電芯單體熱失控與隔膜大面積收縮造成內(nèi)部短路，這兩者可互為因果關(guān)系，最終都會(huì)造成發(fā)生熱失控的電芯能量迅速下降。在電池模塊并聯(lián)單元中，其他電芯會(huì)向發(fā)生熱失控的電芯放電，導(dǎo)致發(fā)生熱失控的電芯溫度升高更多，同時(shí)，靠近已發(fā)生熱失控單體的電芯將比遠(yuǎn)端電芯以更大功率放電，導(dǎo)致其溫度迅速升高，從而促進(jìn)熱失控的擴(kuò)散。
③機(jī)械能傳導(dǎo)：某一電芯單體發(fā)生熱失控，可能會(huì)對(duì)模組機(jī)械結(jié)構(gòu)造成影響，或者其發(fā)生爆炸造成瞬間大量能量釋放，對(duì)其周邊的電芯也會(huì)造成一定程度的機(jī)械損傷，而這些機(jī)械損傷將增加其周邊電芯發(fā)生失效的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)可直接導(dǎo)致其周邊電芯發(fā)生熱失控。
噴出物起火
電池發(fā)生熱失控時(shí)會(huì)噴出高溫氣體和顆?；旌衔?，這些氣體具有可燃性，極易發(fā)生火災(zāi)，這些高溫噴出物以及噴出物燃燒產(chǎn)生的火焰會(huì)加熱周?chē)姵?，從而加速熱失控?cái)U(kuò)散的進(jìn)程。
在電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控?cái)U(kuò)散過(guò)程中，上述多種誘因通常會(huì)同時(shí)發(fā)生作用。
