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鋰電池熱失控起火原因及應對措施

作為純電動汽車的能量來源,鋰(lǐ)離子電池起(qǐ)火的重要原因重要是電(diàn)池過熱而(ér)造成的熱失控,這種過熱在電池(chí)充放電過程中最容易發生。由(yóu)於鋰離子電池自身具有一定的內阻,在輸出(chū)電能為純電動供應動力的同時會出現一定的熱量,使得自(zì)身(shēn)溫度變(biàn)高,當自身溫度超出其正常工作溫度(dù)範圍間時將會損害整個電池的壽命和安全。


而引(yǐn)起鋰電(diàn)池(chí)熱失控的原因主要有(yǒu)四個方麵原因:機械傷(shāng)害、濫用電力、熱濫用、內部(bù)短路等四個方麵。

1、機械傷害

重要發生在汽車碰撞中,由於外力的影響,鋰離子電池單(dān)體、電池組變形,各部分自身的相對位移,導(dǎo)致電池膜被撕裂和內部短路;易燃(rán)電解液的泄漏最終引起了火災。在機械濫用中,穿刺損(sǔn)傷是最嚴重的,可能會將導體插入電池體,造成直(zhí)接的正負短路。相比之下,碰撞(zhuàng)、擠(jǐ)壓(yā)等隻是(shì)概率性的內(nèi)部短路(lù),擊穿時出現的熱量更強烈(liè),導致熱逃逸的概率更高。


2、濫用電力

電力的濫用重(chóng)要是由於電(diàn)池使用不(bú)當造成的,包(bāo)括外部短路、過充、過放電。其中過渡放(fàng)電的危害最小,但過放電引起的(de)銅枝晶(jīng)生長會降低電池的安全性,增加(jiā)熱(rè)失控的可能性。外部短路是兩個帶差動(dòng)電壓的導體在電(diàn)池外部連接的結果。


充電過(guò)度是最有害的一種(zhǒng)電力濫用形式。鋰枝晶生長在陽極(jí)表麵,這是由於鋰的過(guò)量嵌入(rù)。其次,鋰的過度去包埋會導致陰極結構由於熱(rè)和氧的釋放而崩潰(NCA陰極的氧釋放)。


3、熱濫用

熱濫用重要是指電池內部局(jú)部過熱,這種現象很少是(shì)獨(dú)立存在的,往往是通(tōng)過機械(xiè)濫用和電氣濫用(yòng)而發展起來的,是最終直接引(yǐn)發熱失控等事故的一種情況。熱濫用通常(cháng)是由於外部環(huán)境過高或(huò)電池過熱所引起的溫度控製係(xì)統不工作,導致短路,導致熱失(shī)控。從原因上看,熱濫用的(de)原因是最(zuì)複雜的。電池組的碰撞(zhuàng)和(hé)損壞(huài),電池內部結構和性能(néng),或其他熱管理係(xì)統和(hé)空調係統的故障都(dōu)可(kě)能導致熱濫用的發生。


4、內部短路(lù)

內部短路(lù)是由(yóu)電池(chí)正極(jí)和負極之間的直接接觸引起的。當然,接觸的程度(dù)是不(bú)同的,隨後的反應也是非常不同的(de)。通常由機械和(hé)熱濫(làn)用引起的大規(guī)模內(nèi)部短路會直接導致熱濫用。內(nèi)部短路(lù)的原因也很複雜。如鋰離子電池充電過(guò)量,樹突積累到一(yī)定程度,導(dǎo)致電池膜(mó)被擊(jī)穿,導致(zhì)內部短路,或(huò)在碰撞或擊(jī)穿(chuān)損(sǔn)傷(shāng)後正負電極直接接觸,導致熱失(shī)控。與外部因素引起的內(nèi)部短路相比,電池製造過(guò)程中自發缺陷引起的內部短路相對較小。固有的(de)內部短路出現(xiàn)的熱量少,不會立即引發熱失控。這種內部缺陷要一段時間才能發展成較輕程度的內部(bù)短路。


關於鋰離子電池的熱失控,國內重(chóng)要的解決(jué)方(fāng)法重(chóng)要是從外部保護(hù)和內部改進兩個方麵。外部(bù)保護重要是對係統的升級和改進,內部(bù)改進重要是對電池本身的改進。


1、推廣(guǎng)冷卻方式

熱管理係統負責控製溫度,確保電池始(shǐ)終處於合理的工作溫度。熱管理係統通常由車輛控製器控製。當電池(chí)溫度異常時,空調係(xì)統可及時冷卻或加熱,以保證電(diàn)池的(de)安全(quán)和使用壽命。電池的散熱方式根據熱傳導方式和介質分為四種:空(kōng)氣冷卻(風冷)、液體冷卻(水冷)、相變材料(liào)(固態)、複(fù)合冷卻(水冷+固(gù)態)。

鋰電池

2、內部材料(liào)和結構的(de)改進

內部改進是對電池內部(bù)的(de)材料結構進行改造,使電池具有更好的耐熱、散熱性能。就目前的研究重點而言,固體電(diàn)解質的發展;正極和負極(jí)被重建(jiàn)。而采用更安全的隔膜材料是從內部提高(gāo)電池(chí)熱性能的重要(yào)途徑之一。

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