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锂离子电池爆炸原因-过热过充引起的热失控

五度易链 2019-04-22 1966 0

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受到现在的能源不足等影响,能源的可持续利用受到的关注度也逐渐提高,电动汽车也在受到大家的欢迎。


  受到现在的能源不足等影响,能源的可持续利用受到的关注度也逐渐提高,电动汽车也在受到大家的欢迎。

  越来越多的人选择电动汽车,不仅因为其用车成本低,而且电动汽车在使用过程中不会产生废气,和传统汽车相比不存在大气污染的问题。然而电动汽车安全事故的频发,让人不得不重新审视电动汽车的安全性。

  电池热失控是起火爆炸事故的主要原因。像特斯拉汽车、三星手机等起火事件都涉及到了锂离子电池的热失控问题。锂离子电池的工作温度范围很窄,在15~45℃之间,如果温度超过临界水平,便会发生热失控。锂离子电池一旦发生热失控,会引发停不下来的连锁反应,温度在几毫秒内迅速上升,内部产热远高于散热速率,电池内部积攒大量热量,使电池变成气体,导致电池起火和爆炸,并且几乎不能以常规方式扑灭,直接威胁到用户安全。

  锂离子电池作为在我们生活中最为常见的化学储能电源,其安全性是我们永恒的关注点。在锂电池包结构设计上人们采用了三层复合隔膜和陶瓷涂层隔膜,来提升锂电池在高温情况下的安全性。即便是做了万全的安全设计,仍然难以避免,这就是机械滥用导致的锂电池热失控。

  当前引发锂电池热失控的因素多种多样,总结起来主要有过热、过充、内短路、碰撞等引起的发热失控。如何提高电池的安全性,把热失控的风险降至最低成为人们研究的重中之重。对于单电池来说,其安全性除了与正极材料相关外,还与负极、隔膜、电解液、粘结剂等其他电池组成部分有着很大关系。

  热失控是发生在锂电池包内的一个电池上,热失控电池释放出的高温,会导致热失控在电池组内部蔓延,引发严重的后果。因此,如何避免锂离子电池发生热失控和如何抑制热失控在电池组内部蔓延就成为了人们关注的焦点。

  对于锂离子电池而言,热失控是最严重的安全事故。锂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。锂电池热失控严重威胁着使用者的生命和财产安全,因此对热失控的机理的研究就显得尤为重要,以往由于实验条件的限制,使得我们只能够通过外壳温度和电池电压变化的情况间接的推断锂离子电池内部的一些反应。

  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,系统变热升高温度,这又反过来又让系统变得更热。热失控是很常见的现象,从混凝土养护到恒星爆炸,都有可能会出现热失控。热失控现象及其强度与锂电池的大小、配置和电池单元的数量有关。

  小型锂电池组只有几个锂电池单元,所以热失控从有问题的电池单元传播到其他单元的机会相对较低。而波音787巨大的电池组就是另外一回事了:它们装在密封的金属盒里,不能排放余热,当一个电池单元热到足以点燃电解质时,其余的电池单元就会迅速跟进。

  锂电池充电时,金属锂的表面沉积非常容易聚结成枝杈状锂枝晶,从而刺穿隔膜,造成正负极直接短路。而且,金属锂非常活泼,可直接和电解液反应放热,其熔点又很低,即使表面金属锂枝晶没有刺穿隔膜,只要温度稍高,金属锂就会溶解,从而引发短路。材料发生氧化还原热反应的温度越高,表明其氧化能力越弱,正极材料的氧化能力越强,发生反应就越剧烈,也越容易引发安全事故。

  锂电池的不稳定因素也需要在应用中使用相关技术来解决,只有在保证安全性的前提下发挥性能才能得到长久的发展。


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