簡述鋰電池熱失控擴散的防范措施
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-09 16:42
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根據(jù)鋰離子電池主要原材料【見注1】不同，在發(fā)生熱失控時會有不同的起始溫度以及不同的能量釋放速度。如三元正極材料相對于磷酸鐵鋰正極材料電池，在相同容量情況下其能量釋放速度相對較大，當然這還要考慮到電芯機械結(jié)構(gòu)設(shè)計等多種因素。引起熱失控的因素無非內(nèi)部因素和外部因素的交互作用，濫用、機械損傷等外部因素最終也是通過誘發(fā)電芯內(nèi)部材料劇烈反應而導致熱失控。
【注1】：如正極材料類型（如磷酸鐵鋰、NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳二元材料、磷酸錳鐵鋰、以及混合使用等）、負極材料類型（人造石墨、天然石墨、MCMB、硅碳負極等）、隔膜類型（如是否有陶瓷、單層或多層結(jié)構(gòu)、厚度等）、電解液配方等。
因此，有關(guān)熱失控的防范措施，需從誘發(fā)熱失控的原因著手，通過分析上述內(nèi)部、外部誘發(fā)因素，可以從推遲鋰離子電芯失效速度以及降低熱失控破壞力方面進行考慮，并從電芯獲取能量來源、原材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面著手。例如▼
★提升電能給予準確度（如動態(tài)并且準確適宜的充放電方案和電壓、電流、溫度監(jiān)控方案）、以及提高材料穩(wěn)定性等，可以通過活性材料體相摻雜研究、組分及燒結(jié)工藝研究、殼核結(jié)構(gòu)研究等；
★降低副反應發(fā)生程度，可通過降低活性材料比表面積等，增加陶瓷涂層提高隔膜熱穩(wěn)定性，在正負極多孔電極配比內(nèi)增加溫度影響內(nèi)阻材料（如PTC或NTC材料），改變電解液組分以提高穩(wěn)定性及可靠性（如開發(fā)固態(tài)電解質(zhì)、增加功能添加劑等）；
★另外，當熱失控發(fā)生時，還可以通過增加類似圓柱18650電池CID、VENT以及方型鋁殼電池防爆閥等，以及OSD阻斷設(shè)計來控制電芯能量釋放方向性和及時性，進而降低破壞力。
熱失控是非常嚴重的電芯失效模式之一，將可能直接對人身安全及財產(chǎn)安全造成損害。很多科研機構(gòu)及電池企業(yè)都致力于通過技術(shù)手段規(guī)避電芯發(fā)生熱失控的誘因，并且通過開發(fā)穩(wěn)定可靠的觸發(fā)方法來檢測發(fā)生熱失控時造成的危害程度。
2、熱失控擴散的防范措施
針對熱失控擴散的防范措施，主要有▼
a)設(shè)計合理并且可靠的熱交換策略，主要有液冷技術(shù)、風冷技術(shù)、吸熱相變材料技術(shù)等，在電芯發(fā)生熱失控時，及時將該電芯散發(fā)出來的熱量導出模塊或系統(tǒng)。這些技術(shù)的選擇要考慮到電池系統(tǒng)有一定機械形變以及電氣損傷后的可靠性；
b)根據(jù)電芯熱擴散系數(shù)，設(shè)計合理的電池間距，避免觸發(fā)熱失控電芯相鄰電芯溫度的升高，降低因熱傳導導致的觸發(fā)熱失控的風險；
c)電路中增加電流限制功能元件，當部分回路電流、電壓、溫度出現(xiàn)異常時可快速、準確的切斷回路電流，可有效避免電能傳導；
d)開發(fā)具有阻燃、降溫、滅火以及隔氧等功能的新材料；
e)設(shè)計可靠的能量以及有害物質(zhì)（包括氣體、液體、固體等）定向及定量釋放策略，并配合可承受一定機械應力的結(jié)構(gòu)，避免高溫噴出物以及噴出物燃燒產(chǎn)生的火焰對周圍電芯模塊等產(chǎn)生影響。
