導讀

本文總結了熱失控機理與防范措施，在電池全系電池設計、制造中都有實踐，但是針對實際中不同材料體系會有不同化學特性，其電芯熱失控機理存在不同，不同的系統(tǒng)設計也會導致系統(tǒng)級的危險和解決措施各不相同。

爆炸是動力電池系統(tǒng)較為常見的危害表現(xiàn)，造成的影響，也更為嚴重，不但會造成財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞，甚至會造成人身傷害或生命危險。

導致動力電池系統(tǒng)發(fā)生燃燒或爆炸的可能原因有：

動力電池(電芯)的放熱副反應導致熱失控，引燃電解液和其他可燃物質;

動力電池系統(tǒng)的高壓回路中局部連接抗阻抗過大，有大電流流過時倒至溫度上升達到著火點溫度，引燃動力電池系統(tǒng)內(nèi)部的可燃物質;

動力電池系統(tǒng)外部發(fā)生燃燒，導致動力電池系統(tǒng)內(nèi)部溫度持續(xù)上升，達到著火點溫度，引燃內(nèi)部的可燃物質。

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

鋰離子電池內(nèi)部主要放熱反應有：

ESI膜的分解，溫度范圍是90~120℃;

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

負極與粘結劑的反應，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)部的放熱副反應導致熱量累積，電芯對外熱交換的速率小于熱量積累速率，溫度持續(xù)升高，直接達到著火點溫度，引起燃燒和爆炸。

電芯內(nèi)部的熱過程遵循能量守恒：Qp=Qe+Qa

公式中Qp為電芯內(nèi)部各種負反應所產(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為為負值或零，電芯內(nèi)部溫度不會上升，不會產(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，電信內(nèi)部的溫度就會一直上升，直至發(fā)生熱失控事件。

要降低事故發(fā)生的風險，可采取的措施有：

采取保護措施，降低外部突發(fā)因素發(fā)生概率(比如過充、過放、過熱、短路、擠壓、穿刺等);

阻斷放熱副反應的正反饋過程，如在PACK模組在采用邦定保險絲工藝，或在正負極材料與集流體之間增加PTC材料;

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

提高著火點溫度，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計方案，也有個別方案將整個電池，浸在冷卻液中。

以上，所總結的熱失控機理與防范措施，在電池全系電池設計、制造中都有實踐，但是針對實際中不同材料體系會有不同化學特性，其電芯熱失控機理存在不同，不同的系統(tǒng)設計也會導致系統(tǒng)級的危險和解決措施各不相同。