锂离子电池热失控机理研究现状

锂离子电池是纯电动汽车的"动力源泉",其安全性问题一直被广泛关注,其中热失控是锂离子电池安全问题的主要诱因之一。锂离子电池热失控时内部组分发生剧烈复杂的化学反应,产生大量热发生燃烧甚至爆炸,威胁人类的生命和财产安全。简述了锂离子电池热失控机理国内外研究进展,对锂离子电池内部不同组分的热失控反应机制和热失控诱因进行了归纳。最后对锂离子电池热失控的研究进行了展望。     

锂离子电池模组热失控扩展安全性的研究

分别对软包三元和磷酸铁锂锂离子电池模组进行了热失控扩展试验研究。采集电池电压、温度等特征参数,研究锂离子电池在加热触发热失控时的特点及热失控在锂离子电池间传播的特征。对比两款电池的热失控特性及热失控扩展特性,结果表明:试验条件下,三元锂离子电池热失控时释放能量速度快,释放能量集中,更容易发生热失控扩展。     

锂离子动力电池热安全性研究进展

锂离子电池因为其优异的性能在各方面得到了大量应用。锂离子动力电池的热稳定性,严重影响电动汽车的安全性和生命周期。放热反应会引起电池内部热聚集,导致热失控引发电池的燃烧或爆炸。对锂离子动力电池的热稳定性进行了分析,介绍了热失控的一般过程,综述了锂离子动力电池热模型的研究进展。重点介绍了改善电池热安全性的方法,包括电池材料、制造工艺和电池热管理等三个方面。     

一款三元锂离子电池过充安全性的研究

研究了一款软包三元锂离子电池在不同充电倍率情况下的过充电安全特性。通过对电池电压、温度等特性参数的采集研究,获得了锂离子电池在不同倍率过充条件下的反应特点和规律。同时通过对比在绝热条件下电池热失控及过充的测试结果,获得了锂离子电池不同过充条件下对电池热失控时释放能量的影响。     

锂离子电池热失控气体及燃爆危险性研究进展

综述锂离子电池热失控产物情况和产气机理,并归纳总结热失控气体危险性研究进展.锂离子电池热失控气体主要成分为CO2、CO、H2和碳氢化合物;燃爆危险性因素主要为爆炸极限、爆炸超压及层流火焰速度等.电池的材料种类、荷电状态(SOC)和温度等因素均会对产气造成影响,进而影响热失控气体的危险程度.对锂离子电池热失控后产生气体的燃爆性质及爆炸危险性进行展望.     

电动汽车用锂离子电池组的爆炸原因与避免措施

分析锂离子电池反应热产生的原因,认为负极与溶剂的反应和正极分解反应产生的热量较多,易导致热失控。锂离子电池爆炸的根本原因是电池内部温度达到反应物着火点而发生燃烧,或温度急速上升而导致反应剧烈,大量产生的气体使电池内部压力急剧上升。从实际应用出发,提出避免锂离子电池组爆炸的措施:以避免电池受到挤压、穿刺为目的的电池箱耐撞性设计,实现电池温度控制的电池组热管理系统,以及避免过充过放的锂离子电池组充放电均衡系统。     

储能系统用三元锂离子电池热失控火灾特性

锂离子电池是储能系统的重要组成部分，但储能系统用三元锂离子电池的热失控火灾特性尚未厘清，严重制约了此类储能设施消防控灭火手段的应用和储能行业的安全发展。通过储能系统用三元锂离子电池的热失控实验、量热实验和热扩展实验，研究了电池单体热失控和电池模组热扩展的发展规律。实验结果表明，储能系统用三元锂离子电池在热失控后会直接起火燃烧，释放出大量可燃气体，燃爆剧烈，会形成持续的喷射火，电池单体热失控容易触发相邻电池单体发生热失控，形成链式反应。     

锂离子电池热失控风险综述

针对锂离子电池在循环过程中可能出现的燃烧、爆炸等安全问题,在概述电池热失控滥用工况及诱发机制的基础上,总结电池在宽温域内可能出现的性能衰退、失效形式和热失控风险,并提出电池在低温、正常温度和高温等环境下工作的保障措施,以促进锂离子电池安全发展.     

基于气体分析的锂离子电池热失控早期预警研究进展

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、自放电率低和环境友好等优势得到了广泛应用，但其安全方面仍存在隐患，在遭遇滥用时可能会引发电池失效甚至发生火灾爆炸事故，阻碍了其在电动汽车和储能电站方面的大规模应用。针对锂离子电池的安全预警方面的研究引发了相关人员的极大关注，其中，基于电池气体分析的热失控早期预警机制相比于传统的电、热信号在可靠性、准确性、反应速度等方面有所提高。该文总结了锂离子电池在热失控过程中的气体来源，全面对比分析了触发方式、阴极材料、电池型号、荷电状态（SOC）及健康状态（SOH）对热失控产气组分、含量以及产气总量的影响规律，回顾了锂离子电池热失控过程中温度-压力演化特性的研究现状，总结了目前基于气体成分和内部压力的早期预警方案，并对现有研究的不足和潜在研究方向进行了讨论。     

不同荷电状态锂电池模组热扩散特性的研究

随着动力锂电池技术的快速发展，电池比能量得以不断提升。然而外部滥用条件可能会引发电池热失控，释放更多的能量，产生更大的破坏力。以不同荷电状态的某三元锂电池模组为研究对象，对其进行挤压触发的热扩散试验。通过对各试验组样品第1颗电芯失效时的热失控表现、最大挤压力、最高温度等关键参数进行分析和比对，发现荷电状态的高低对锂电池模组热扩散行为有显著影响。在高荷电状态下，模组受挤压时靠近挤压点的电芯会先发生剧烈的热失控，进而导致相邻电芯依次热失控。在低荷电状态下，靠近挤压点的电芯不会发生剧烈的燃烧、爆炸现象，也不会影响相邻电芯造成热扩散。文中的研究成果可以为该型三元锂电池在运输、存储过程中安全荷电状态限值的确定提供参考。     

锂离子电池安全事故激源浅析

通过分析近10年发生的典型锂离子电池安全事故,归纳总结了引发锂离子电池安全事故的因素、不同激源的作用机制以及燃烧爆炸机理。引发锂离子电池安全事故的因素主要包括:撞击、高温、挤压、外部短路和部件故障。根据作用机制的不同,引发电池安全事故的因素可以归为三类:机械激源、电激源和热激源。锂离子电池燃烧爆炸与电池的产热和散热相关。当锂离子电池产热速率大于散热速率时,电池内部出现热量积累,温度升高。随着温度不断升高,依次发生固体电解质膜(SEI)分解、负极和电解质反应、隔膜融化、正极分解和电解质分解等反应,电池内部产生大量高温高压可燃气体,壳内压力不断增大。当内部压力超过壳体的可承受极限时,壳体破裂,伴随高温高压可燃气液混合物的喷射和可燃气体的爆燃。     

电动汽车过充燃爆事故模拟及安全防护研究

频繁发生的电动汽车安全事故已经严重影响了电动汽车产业的健康发展,其中,由于过充电引发的安全事故占有相当高的比例。为研究锂离子电池电动汽车过充电引发热失控导致的燃烧爆炸事故,该文首先通过对磷酸铁锂电池模组进行过充热失控实验,发现电池模组在热失控发展过程中引发爆炸的可燃气主要成分为汽化电解液;其次,基于爆炸模拟软件(FLACS)建立小型电动汽车几何模型,以锂离子电池过充引发的汽化电解液为燃料进行了电动汽车爆炸特性研究,对比分析了不同方向泄压设计的泄爆效果。研究发现,不同泄压位置设计对爆炸冲击波扩散方向影响作用明显,当泄压孔设置在电池舱侧下方时,泄压效果最好,可有效减小爆炸强度。在合理的设计下,改变泄压孔的大小及开启压差可减小对周围车辆的冲击,尽可能地避免引燃相邻车辆。     

循环对锂离子电池外部短路安全性的影响

锂离子电池安全性作为其应用于新能源汽车的关键技术指标,成为众多标准法规关注的重点,同时吸引了大量的科研工作者的参与研究。对一款软包三元锂离子电池在不同循环次数后的外部短路安全性进行了研究,发现随着循环次数的增加,电池外部短路测试的最大电流逐步下降;在800次循环内,外部短路测试中电池表面温升逐步降低,均低于125℃,未发生起火、爆炸等热失控现象,但是950次循环后,电池外部短路测试发生了热失控,温度达到360℃以上。通过直流放电电阻测试和交流阻抗谱测试,发现随着循环的进行电池阻抗逐步增大。     

动力锂离子电池热管理技术研究进展

热管理系统可确保动力锂离子电池的运行安全,其中冷却技术是主要方面。分析锂离子电池热失控发生过程,总结空气冷却、液体冷却、热管冷却、相变材料冷却和复合冷却等热管理技术的研究现状,提出动力锂离子电池热管理技术的发展方向。空气冷却和液体冷却技术存在控温效果较差、消耗额外能量等缺点;热管冷却具有成本较高、结构复杂等不足;相变材料冷却可降低锂离子电池的峰值温度,提高电池组的温度均匀性;复合冷却可综合各冷却方式优点,应用前景良好。     

压紧力对软包NCM动力锂离子电池热失控的影响

以电动乘用车软包三元(NCM)动力锂离子电池为研究对象,通过温度、电压、压紧力数据采集,在开放空间下开展了无压紧力和有压紧力两种条件下的电池热失控实验,研究了电池热失控、爆喷及火灾过程中温度电压和压紧力的变化规律。结果表明,有压紧力条件下,电池结构比无压紧力条件下更紧密,爆喷及燃烧更剧烈,爆喷时间更短,电池及残余物温度更高,燃烧时间更长,同时其热失控前的加热过程中温升速率更快,用时更短,电池表面及电极温度更低;有压紧力和无压紧力两种条件下,电池爆喷的过程基本一致,最终均形成多向射流火;若将压紧力变化量10%、压紧力变化率5 N/s设为爆喷预警阈值,可至少提前近1 min实现软包NCM锂离子电池的爆喷预警。     

锂离子电池燃烧与灭火产物分析

随着锂离子电池的商业化发展,电池本身的安全问题越来越受到社会各界关注,最直接的就是电池起火甚至爆炸.对于锂离子电池燃烧爆炸产物毒性的研究是非常重要的.归纳总结了锂离子电池各组成部分的燃烧产物,并对比分析了七氟丙烷、全氟己酮、二氧化碳、水和干粉灭火剂的灭火产物,有助于明确燃烧与灭火过程中有毒物质的生成机理,并指导事故发生...     

LiFePO4锂离子电池金属异物的来源与控制

金属异物的存在易导致锂离子电池发生内部短路,产生热失控危害。通过采集原材料投料工序磁棒吸附物和各工序采样点采集物的方式,对LiFePO₄锂离子电池生产过程中的Fe、Cu、Al等金属异物来源进行分析。基于分析结果提出:金属异物的控制需从完善检测标准和强化现场管控两方面同步开展,质量管理可作为控制LiFePO₄锂离子电池内部金属异物的一种手段。     

锂离子电池热失控模拟研究

提供了一种锂离子电池热失控模拟方法,对LiCoO_2/石墨和LiNi_(1/3)Co_(1/3)Mn_(1/3)O_2/石墨电池的热失控行为进行了模拟研究。通过测试电池材料的热性质并对其热反应参数进行拟合,建立了锂离子电池热模型。模拟得到了电池热失控过程的温度变化和材料热反应情况,预测了电池热失控温度并揭示了热失控机理。该模拟结果与电池热失控实验结果吻合良好,证明了该方法的准确性。本工作的模拟方法有望应用于其他锂离子电池体系,对锂离子电池的热失控预警和安全性能改善具有重要意义。     

低速电动车用锂离子电池热失控风险监测研究

针对低速电动车用锂离子电池存在热失控风险的问题,采用正交试验,对不同温度、充电电流、放电电流、电池荷电状态等易引发电池热失控的几个因素进行研究,得出充放电过程中引发电池热失控的主次因素,为锂离子低速电动车用户和电池生产企业降低电池热失控风险提出合理化建议和技术支撑.     

基于锂离子电池储能系统的消防安全技术研究

随着大型锂离子电池组在电网中应用的增多,基于锂离子电池储能系统的消防安全愈发重要。提出根据锂离子电池热失控实验,观察到少量可燃气体的泄漏现象,通过对泄漏气体成分的分析,可以将CO含量和系统温度作为系统预警的主要依据,并建立锂离子电池的热失控防护机制。在储能系统中加入了锂离子电池热失控预警判断,并且联合多级防护机制以及安全联动技术,设计了基于锂离子电池储能系统的消防安全系统整体框架,并对消防安全系统中的部件、通信、人员安全这3个方面进行了阐述。该系统可以准确监控锂离子电池热失控状态,同时可快速联动消防安全装置,显著提高电池储能系统运行时的安全性和稳定性。