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鋰離子電池(LIB)是當今公認的最合適的儲能技術之一，由于其具有高能量密度和優(yōu)異的循環(huán)壽命，正越來越多地應用于汽車、固定和航空領域。在尋求LIB性能優(yōu)化和成本降低的方法時，安全風險仍然是推進其大規(guī)模應用的主要障礙。由于LIB具有高能量密度和易燃材料，LIB頻繁發(fā)生爆炸事故。單個電池的故障可能導致涉及的組件(負極、正極、電解質和隔板)的物理和化學反應，從而導致產(chǎn)生過多的熱量和氣體。當在穩(wěn)定溫度區(qū)域之外工作時，高放熱反應會導致電池快速自熱——這種情況被稱為熱失控(TR)，并伴有相關表現(xiàn)（如煙霧生成、火焰噴射和爆炸）。因此，隨著鋰離子電池的大規(guī)模應用，其熱失控和著火成為重要問題。 近幾年來，全球能源危機和環(huán)境污染日益嚴重。鋰離子電池作為清潔無污染的儲能源，正逐步應用于新能源汽車、太陽能轉換儲能設備、移動通訊設備等領域。目前越來越多城市出現(xiàn)了搭載鋰離子電池的新能源汽車的身影，然而一些安全隱患也隨之逐漸暴露。根據(jù)新能源汽車的火災調(diào)查報告，絕大多數(shù)起火誘因為電池熱失控。鋰離子電池的不合理使用、意外破壞或自身缺陷均可能導致爆炸和火災發(fā)生。 在眾多觸發(fā)電池熱失控的原因中，針刺是造成電池損壞的一種不可逆的破壞性行為。當電池受到尖銳物體刺入或受到較大沖擊力時，會使電池產(chǎn)生機械損壞，打破電池內(nèi)部結構并使內(nèi)部物質直接暴露，同時很容易使電池內(nèi)部的正負極之間發(fā)生短路，進而產(chǎn)生大量熱量并使溫度迅速升高，造成熱失控危害 鋰離子電池在熱失控后從電池內(nèi)部都釋放出哪些氣體。當然，由于每種電池的組成、結果、化學狀態(tài)都存在差異，釋放出來的氣體各有差異。通常，這些氣體都是可燃的，當熱失控造成電池內(nèi)部溫度快速上升到一定程度，就有可能觸發(fā)燃燒。這里以一個40Ah NCM/C軟包電池為例說明，它的電解液LiPF6/EMC/DEC/EC。在充滿電的情況下，通過針刺出發(fā)熱失控，從而采集分析釋放的氣體成分。分析結果顯示，釋放出來的氣體成分主要包括：
傳統(tǒng)消費類電池，電池材料為LiCoO2/C，2.1Ah軟包電池，能量為7.7Wh。觸發(fā)熱失控后通過設備采集氣體進行分析，得到表1結果。這里的氣體成分包括：
表1 氣體成分 同時測量釋放出來的氣體的含量(表2)，從50%SOC到100%SOC，熱失控后釋放出來的氣體含量增加了3倍多。在150%SOC，釋放的氣體含量達到了50%SOC下的7.5倍，一個小小的電池竟然可以釋放出這么多的氣體。 表2 氣體含量 動力電池產(chǎn)品關乎用戶的生命安全，其安全設計和要求在整個電池系統(tǒng)設計中處于最高優(yōu)先級。 |
