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锂离子电池热失控过程,不同锂电池热失控反应一样吗?
锂离子电池热失控过程,不同锂电池热失控反应一样吗?
  • 发布时间:2020-03-16 16:43

锂离子电池热失控过程,不同锂电池热失控反应一样吗?

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锂离子电池热失控过程,不同锂电池热失控反应一样吗?目前汽车动力电池系统的安全问题就是电池成组安全问题。近年发生的汽车动力电池事故均是由于锂电池组中的某一个电池单体发生热失控后产生大量热,导致周围电池单体受热产生热失控。电池组内的热失控蔓延问题就是电池成组安全问题的主要关注点。
 
对于锂离子电池而言,热失控是最严重的安全事故。锂离子电池热失控源于产热速率远高于散热速率,大量的热量在锂离子电池内部积累,引起锂离子电池温度的快速升高,导致隔膜收缩、熔化,正负极活性物质分解等自发的放热反应,引起锂离子电池起火和爆炸。
 
 
锂离子电池热失控过程
电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率,且热量大量累计而未及时散发出去所引起的。从本质上而言,“热失控”是一个能量正反馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热后温度升高,有反过来让系统变得更热,不严格的划分,电池热失控可分为三个阶段:
 
1、电池内部热失控阶段
由于内部短路、外部加热,或者电池自身在大电流充放电时自身发热,使电池内部温度升高到90℃~100℃左右,锂盐LiPF6开始分解;对于充电状态的碳负极化学活性非常高,接近金属锂,在高温下表面的SEI膜分解,嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应,进一步把电池温度推高到150℃,此温度下又有新的剧烈放热反应发生。
 
2、电池鼓包阶段:锂电池温度达到200℃之上时,正极材料分解,释放出大量热和气体,持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。
 
3、电池热失控,爆炸失效阶段:在反应发生过程中,充电态正极材料开始发生剧烈分解反应,电解液发生剧烈的氧化反应,释放出大量的热,产生高温和大量气体,锂电池发生燃烧爆炸。
 
不同锂电池热失控反应一样吗?
在外部加热时,所有锂电池都会产生热失控释放烟雾和气体。对于大约一半的工作电芯,在热失控后约15秒内,积聚在烘箱中的气体被点燃导致气体爆炸,并伴随着主要的烟气释放过程。无论是否曾经循环过的电芯,并没有影响气体爆炸的发生,它们发生在0-300个全深循环的所有循环老化水平。
 
与其他类型的电池相比,锂离子电池发热较大,其气体排放,爆炸、起火的风险更高。这些风险还远远没有被充分理解,而通过研究和事故分析是有可能提高系统安全性的。风险的类型和严重程度取决于不同的应用和电池系统的大小。由于电池和模块故障的可传播性,随着电池系统尺寸的增加,故障后果可能会显著增加。
 
钴酸锂电池热失控温度最高,可达850摄氏度;镍钴锰三元锂电池次之,可达670摄氏度;磷酸铁锂电池没有明显的热失控热性,最高温度约400摄氏度。热失控过程的动力性很明显取决于锂离子电池的能量,钴酸锂电池比能量最高,温度变化、气体排出也最剧烈。
 
热失控的因素很多,总的来说分为两类,内部因素和外部因素。内部因素主要是:电池生产缺陷导致内短路;电池使用不当,导致内部产生锂枝晶引发正负极短路。外部因素主要是:挤压和针刺等外部因素导致锂离子电池发生短路;电池外部短路造成电池内部热量累积过快;外部温度过高导致SEI膜和正极材料等发生分解。
 
以上就是锂离子电池热失控过程和不同锂电池热失控的反应。一般热失控发生之后会往下传播,比如第一节热失控之后会有传热开始传播,然后整组像放鞭炮似的一个一个接下来。总之在热失控扩展和抑制方面,研发人员要从安全保护设计和锂电池管理系统两个方面着手。
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