導(dǎo)讀

本文總結(jié)了熱失控機(jī)理與防范措施，在電池全系電池設(shè)計(jì)、制造中都有實(shí)踐，但是針對(duì)實(shí)際中不同材料體系會(huì)有不同化學(xué)特性，其電芯熱失控機(jī)理存在不同，不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)的危險(xiǎn)和解決措施各不相同。

爆炸是動(dòng)力電池系統(tǒng)較為常見的危害表現(xiàn)，造成的影響，也更為嚴(yán)重，不但會(huì)造成財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞，甚至?xí)斐扇松韨蛏ｋU(xiǎn)。

導(dǎo)致動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)生燃燒或爆炸的可能原因有：

動(dòng)力電池(電芯)的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱失控，引燃電解液和其他可燃物質(zhì);

動(dòng)力電池系統(tǒng)的高壓回路中局部連接抗阻抗過(guò)大，有大電流流過(guò)時(shí)倒至溫度上升達(dá)到著火點(diǎn)溫度，引燃動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部的可燃物質(zhì);

動(dòng)力電池系統(tǒng)外部發(fā)生燃燒，導(dǎo)致動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部溫度持續(xù)上升，達(dá)到著火點(diǎn)溫度，引燃內(nèi)部的可燃物質(zhì)。

針對(duì)電動(dòng)汽車的使用的情況分析，第一種情況的發(fā)生概率較高，危險(xiǎn)系數(shù)也較高，電芯的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱失控是動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)生燃燒或爆炸的主要原因。

鋰離子電池內(nèi)部主要放熱反應(yīng)有：

ESI膜的分解，溫度范圍是90~120℃;

負(fù)極與電解液的反應(yīng)，溫度達(dá)到120℃以上;

電解液分解，溫度大概在200℃左右;

正極與電解液的反應(yīng)，伴隨正極分解析出氧氣，溫度范圍在180~500℃;

負(fù)極與粘結(jié)劑的反應(yīng)，大概在240度以上。

電芯熱失控(燃燒、爆炸)的根本原因是電芯內(nèi)部的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱量累積，電芯對(duì)外熱交換的速率小于熱量積累速率，溫度持續(xù)升高，直接達(dá)到著火點(diǎn)溫度，引起燃燒和爆炸。

電芯內(nèi)部的熱過(guò)程遵循能量守恒：Qp=Qe+Qa

公式中Qp為電芯內(nèi)部各種負(fù)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，Qe為電芯與環(huán)境交換的熱量，也就是散熱，Qa是電信自己吸收的熱量及熱積累。如果Qe≥Qp則Qa為為負(fù)值或零，電芯內(nèi)部溫度不會(huì)上升，不會(huì)產(chǎn)生熱失控;如果Qe

從上面的分析可以看出，如果不能阻斷電芯內(nèi)部的放熱副反應(yīng)，電信內(nèi)部的溫度就會(huì)一直上升，直至發(fā)生熱失控事件。

要降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，可采取的措施有：

采取保護(hù)措施，降低外部突發(fā)因素發(fā)生概率(比如過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱、短路、擠壓、穿刺等);

阻斷放熱副反應(yīng)的正反饋過(guò)程，如在PACK模組在采用邦定保險(xiǎn)絲工藝，或在正負(fù)極材料與集流體之間增加PTC材料;

降低放熱副反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，如選擇磷酸鐵鋰正極材料，改變電解液的有機(jī)溶劑成分等;

提高著火點(diǎn)溫度，如在電解液中添加阻燃材料，選用陶瓷隔膜等;

提高散熱能力，避免熱積累，如力朗電池采用高效的液冷設(shè)計(jì)方案，也有個(gè)別方案將整個(gè)電池，浸在冷卻液中。

以上，所總結(jié)的熱失控機(jī)理與防范措施，在電池全系電池設(shè)計(jì)、制造中都有實(shí)踐，但是針對(duì)實(shí)際中不同材料體系會(huì)有不同化學(xué)特性，其電芯熱失控機(jī)理存在不同，不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)的危險(xiǎn)和解決措施各不相同。