鋰離子電池熱失控的原因及解決辦法

來源：存能電氣  日期：2019-07-12 09:29  瀏覽量：次

　　鋰離子電池熱失控的原因及解決辦法。鋰電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動力鋰電池安全性的重要因素，對于鋰離子電池，熱失控是最嚴重的安全事故，它會引起鋰離子電池起火甚至爆炸，直接威脅用戶的安全。鋰電池安全問題引起了廣泛重視，存在的問題急需進一步解決。

　　鋰離子電池熱失控的原因

　　從本質(zhì)上而言，鋰離子電池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)變熱升高溫度，這又反過來又讓系統(tǒng)變得更熱。熱失控是很常見的現(xiàn)象，從混凝土養(yǎng)護到恒星爆炸，都有可能會出現(xiàn)熱失控。

　　1、經(jīng)常過充。

　　2、未經(jīng)授權改裝外殼。

　　3、環(huán)境溫度超過60°C。

　　4、隔離鋰離子電池負極和正極的隔膜出現(xiàn)的撕裂會導致短路，而短路往往又會引起熱崩潰。

　　鋰離子電池發(fā)生熱失控主要是由于內(nèi)部產(chǎn)熱遠高于散熱速率，在鋰離子電池的內(nèi)部積攢了大量的熱量，從而引起了連鎖反應，導致電池起火和爆炸。參與“熱失控”反應的是鋰電池中的氧化鈷化學物。加熱這種化學物達到一定溫度，它就開始自發(fā)熱，然后發(fā)展成起火和爆炸。在某些情況下，這種有機電解液釋放壓力會導致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下，或者是遇到火花，它也有可能會燃燒。

　　熱失控現(xiàn)象及其強度與鋰電池的大小、配置和電池單元的數(shù)量有關。小型鋰電池組只有幾個鋰電池單元，所以熱失控從有問題的電池單元傳播到其他單元的機會相對較低。而波音787巨大的電池組就是另外一回事了：它們裝在密封的金屬盒里，不能排放余熱，當一個電池單元熱到足以點燃電解質(zhì)時，其余的電池單元就會迅速跟進。

　　鋰電池發(fā)熱失控的因素很多，總的來說分為兩類，內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要是：電池生產(chǎn)缺陷導致內(nèi)短路;電池使用不當，導致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負極短路。外部因素主要是：擠壓和針刺等外部因素導致鋰離子電池發(fā)生短路;電池外部短路造成電池內(nèi)部熱量累積過快;外部溫度過高導致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解。

　　鋰電池熱失控的解決辦法

　　針對鋰離子電池熱失控的情況，目前國內(nèi)主流的解決方法主要從外部保護和內(nèi)部改進兩個方面進行改進。外部保護主要是指系統(tǒng)方面的升級改進，內(nèi)部改進是指針對電池本身進行提高。

　　(1)冷卻方式的提升

　　熱管理系統(tǒng)主要負責控制溫度，確保電池一直處在一個合理的運行溫度下。通常，熱管理系統(tǒng)由整車控制器控制，在電池包溫度異常時，通過空調(diào)系統(tǒng)進行及時散熱或者加熱，保證電池安全以及壽命。電池的散熱方式根據(jù)導熱方式和介質(zhì)的不同而分為四項：空氣冷卻(風冷)、液體冷卻(水冷)、相變材料(固體)、和結合冷卻(風冷/水冷+固體冷卻)幾種。

　　(2)內(nèi)部材料及結構的改進

　　內(nèi)部改進即從電芯內(nèi)部的材料結構上進行改造，從而使鋰電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點來說，發(fā)展固態(tài)電解液;對正負極進行結構改造;以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內(nèi)部提升電池熱性能的主流方法之一。

　　近日，德克薩斯大學達拉斯分校研究人員或已找到解決鋰離子電池熱失控（即熱量積聚過多）問題的方法，該研究小組稱，解決電池過熱難題后，可將電池容量提高20%-30%，同時可降低電池起火、爆炸幾率，此次發(fā)現(xiàn)可能會改變制造商生產(chǎn)電池的方式。

　　近幾年出現(xiàn)的鋰離子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。電動汽車的電池一旦發(fā)生危險，后果將非常嚴重，研究鋰電池熱失控的成因變得尤為重要。