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鋰離子電池?zé)崾Э剡^程,不同鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)一樣嗎?

來源:存能電氣  日期:2020-03-10 16:15  瀏覽量:

鋰離子電池?zé)崾Э剡^程,不同鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)一樣嗎?目前汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全問題就是電池成組安全問題。近年發(fā)生的汽車動(dòng)力電池事故均是由于鋰電池組中的某一個(gè)電池單體發(fā)生熱失控后產(chǎn)生大量熱,導(dǎo)致周圍電池單體受熱產(chǎn)生熱失控。電池組內(nèi)的熱失控蔓延問題就是電池成組安全問題的主要關(guān)注點(diǎn)。

對(duì)于鋰離子電池而言,熱失控是最嚴(yán)重的安全事故。鋰離子電池?zé)崾Э卦从诋a(chǎn)熱速率遠(yuǎn)高于散熱速率,大量的熱量在鋰離子電池內(nèi)部積累,引起鋰離子電池溫度的快速升高,導(dǎo)致隔膜收縮、熔化,正負(fù)極活性物質(zhì)分解等自發(fā)的放熱反應(yīng),引起鋰離子電池起火和爆炸。

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鋰離子電池?zé)崾Э剡^程

電池?zé)崾Э囟际怯捎?a href="http://megopzb3.cn/" target="_blank" title="電池">電池的生熱速率遠(yuǎn)高于散熱速率,且熱量大量累計(jì)而未及時(shí)散發(fā)出去所引起的。從本質(zhì)上而言,“熱失控”是一個(gè)能量正反饋循環(huán)過程:升高的溫度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)變熱,系統(tǒng)變熱后溫度升高,有反過來讓系統(tǒng)變得更熱,不嚴(yán)格的劃分,電池?zé)崾Э乜煞譃槿齻€(gè)階段:

1、電池內(nèi)部熱失控階段

由于內(nèi)部短路、外部加熱,或者電池自身在大電流充放電時(shí)自身發(fā)熱,使電池內(nèi)部溫度升高到90℃~100℃左右,鋰鹽LiPF6開始分解;對(duì)于充電狀態(tài)的碳負(fù)極化學(xué)活性非常高,接近金屬鋰,在高溫下表面的SEI膜分解,嵌入石墨的鋰離子與電解液、黏結(jié)劑會(huì)發(fā)生反應(yīng),進(jìn)一步把電池溫度推高到150℃,此溫度下又有新的劇烈放熱反應(yīng)發(fā)生。

2、電池鼓包階段:鋰電池溫度達(dá)到200℃之上時(shí),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(fù)極開始與電解液發(fā)生反應(yīng)。

3、電池?zé)崾Э?,爆炸失效階段:在反應(yīng)發(fā)生過程中,充電態(tài)正極材料開始發(fā)生劇烈分解反應(yīng),電解液發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng),釋放出大量的熱,產(chǎn)生高溫和大量氣體,鋰電池發(fā)生燃燒爆炸。

不同鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)一樣嗎?

在外部加熱時(shí),所有鋰電池都會(huì)產(chǎn)生熱失控釋放煙霧和氣體。對(duì)于大約一半的工作電芯,在熱失控后約15秒內(nèi),積聚在烘箱中的氣體被點(diǎn)燃導(dǎo)致氣體爆炸,并伴隨著主要的煙氣釋放過程。無論是否曾經(jīng)循環(huán)過的電芯,并沒有影響氣體爆炸的發(fā)生,它們發(fā)生在0-300個(gè)全深循環(huán)的所有循環(huán)老化水平。

與其他類型的電池相比,鋰離子電池發(fā)熱較大,其氣體排放,爆炸、起火的風(fēng)險(xiǎn)更高。這些風(fēng)險(xiǎn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有被充分理解,而通過研究和事故分析是有可能提高系統(tǒng)安全性的。風(fēng)險(xiǎn)的類型和嚴(yán)重程度取決于不同的應(yīng)用和電池系統(tǒng)的大小。由于電池和模塊故障的可傳播性,隨著電池系統(tǒng)尺寸的增加,故障后果可能會(huì)顯著增加。

鈷酸鋰電池?zé)崾Э販囟茸罡撸蛇_(dá)850攝氏度;鎳鈷錳三元鋰電池次之,可達(dá)670攝氏度;磷酸鐵鋰電池沒有明顯的熱失控?zé)嵝?,最高溫度約400攝氏度。熱失控過程的動(dòng)力性很明顯取決于鋰離子電池的能量,鈷酸鋰電池比能量最高,溫度變化、氣體排出也最劇烈。

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(dǎo)致內(nèi)短路;電池使用不當(dāng),導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負(fù)極短路。外部因素主要是:擠壓和針刺等外部因素導(dǎo)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(dǎo)致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解。

以上就是鋰離子電池?zé)崾Э剡^程和不同鋰電池?zé)崾Э氐姆磻?yīng)。一般熱失控發(fā)生之后會(huì)往下傳播,比如第一節(jié)熱失控之后會(huì)有傳熱開始傳播,然后整組像放鞭炮似的一個(gè)一個(gè)接下來??傊跓崾Э?cái)U(kuò)展和抑制方面,研發(fā)人員要從安全保護(hù)設(shè)計(jì)和鋰電池管理系統(tǒng)兩個(gè)方面著手。

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