詳解鋰離子電池熱失控過程及原因
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-30 21:01
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近幾年出現(xiàn)的電池熱失控引起的火災的案例中，都是由于電池的生熱速率遠高于散熱速率，且熱量大量累積而未及時散發(fā)出去所引起的。從本質上而言，“熱失控”是一個能量正反饋循環(huán)過程：升高的溫度會導致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱后溫度升高，又反過來讓系統(tǒng)變得更熱。
第1階段：電池內部熱失控階段
據(jù)涂布在線了解，電池在80～90℃時是安全的，溫度升高到90～120℃之間時 SEI 膜開始分解，釋放熱量，溫度升高。但是當溫度達到120～130℃時保護層SEI膜遭到破壞，負極與溶劑、粘結劑反應，溫度升高，隔膜融化關閉。溫度繼續(xù)升高至150℃之上后，內部電解質開始進行分解，繼續(xù)釋放熱量，進一步加熱電池。
第2階段：電池鼓包階段
電池溫度達到200℃之上時，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)負極開始與電解液發(fā)生反應。
第3 階段：電池熱失控，爆炸失效階段
在反應發(fā)生過程中，電解液與正極反應產(chǎn)生的氧氣劇烈反應并進一步使電池發(fā)生熱失控。
其實一般電池內短路在電子產(chǎn)品中出現(xiàn)的概率是千萬分之一，也就是說平時生活中用到的單個電池安全性相對較高。但是在電動汽車中，一輛電動汽車的電池組需要幾千個電池組成，這樣發(fā)生熱失控的概率就由千萬分之一上升到千分之一。而且電動汽車的電池一旦發(fā)生危險，后果將非常嚴重，研究電池熱失控的成因變得尤為重要。
電池生產(chǎn)過程
①正極材料
正極材料的安全性能主要包括過充安全性和熱穩(wěn)定性，在氧化狀態(tài)下，正極材料發(fā)生放熱分解反應，并釋放氧氣。
②負極材料
負極材料雖然比較穩(wěn)定，但嵌鋰狀態(tài)下的碳負極在高溫下會首先與電解液發(fā)生反應。
③電解液
電解液包括無機導電劑和有機溶劑，而有機溶劑的易燃特性本身就會對電池的安全性能造成一定的影響。
④生產(chǎn)工藝
電池的生產(chǎn)工藝非常復雜，即使進行嚴格控制，也不能完全避免生產(chǎn)過程中的金屬雜質或毛刺。若電池內部出現(xiàn)雜質、毛刺或枝晶，經(jīng)過放大和惡化導致電導率升高，溫度上升，化學反應和放電發(fā)熱所產(chǎn)生的熱量不斷累積，最終可能造成電池的熱失控。
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使用過程
①電池過充觸發(fā)熱失控
電池本身有過沖保護，但是當這種過沖保護出現(xiàn)問題失靈的情況下，電池還在繼續(xù)充電就會導致電池過沖觸發(fā)熱失控。隨著電池的不斷使用，電池的老化現(xiàn)象逐漸嚴重，且電池組的一致性越來越差，此時的電池如果過充極易出現(xiàn)熱安全問題。所以任何時候都應該按使用說明進行安全充電。
②電池過熱觸發(fā)熱失控
電動汽車在實際路況行駛中，當電動汽車保持高速行駛或遇到極限工況時，必須持續(xù)大電流放電，這時電池內部的溫度開始慢慢升高，當電池熱量大量積累時，若不及時限制其放電電流，極有可能造成動力電池的熱失控現(xiàn)象。
③機械觸發(fā)熱失控
動力電池包遭遇撞擊變形、電池包內部電池短路、以及其他對電池包造成損壞的行為都有可能引發(fā)電池的熱失控。
