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

　　從本質上而言，鋰離子電池熱失控是一個能量正反饋循環過程：升高的溫度會導致系統變熱，系統變熱升高溫度，這又反過來又讓系統變得更熱。熱失控是很常見的現象，從混凝土養護到恒星爆炸，都有可能會出現熱失控。

　　1、經常過充。

　　2、未經授權改裝外殼。

　　3、環境溫度超過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。

　　鋰離子電池發生熱失控主要是由于內部產熱遠高于散熱速率，在鋰離子電池的內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，它就開始自發熱，然后發展成起火和爆炸。在某些情況下，這種有機電解液釋放壓力會導致電池破裂。如果暴露在高溫環境下，或者是遇到火花，它也有可能會燃燒。

　　熱失控現象及其強度與鋰電池的大小、配置和電池單元的數量有關。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時，其余的電池單元就會迅速跟進。

　　鋰電池發熱失控的因素很多，總的來說分為兩類，內部因素和外部因素。內部因素主要是：電池生產缺陷導致內短路;電池使用不當，導致內部產生鋰枝晶引發正負極短路。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生短路;電池外部短路造成電池內部熱量累積過快;外部溫度過高導致SEI膜和正極材料等發生分解。

　　鋰電池熱失控的解決辦法

　　針對鋰離子電池熱失控的情況，目前國內主流的解決方法主要從外部保護和內部改進兩個方面進行改進。外部保護主要是指系統方面的升級改進，內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，熱管理系統由整車控制器控制，在電池包溫度異常時，通過空調系統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導熱方式和介質的不同而分為四項：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)內部材料及結構的改進

　　內部改進即從電芯內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，發展固態電解液;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，此次發現可能會改變制造商生產電池的方式。

　　近幾年出現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出去所引起的。電動汽車的電池一旦發生危險，后果將非常嚴重，研究鋰電池熱失控的成因變得尤為重要。