电池组的架构如何,电池都有可能发生热失控事件,这是锂离子电池最重要的安全问题之一。热失控描述了一种连锁反应,其中受损的电池单元开始以热的形式释放能量。尽管这种情况在质量较低的电池单元中尤为可能,但它也可能由加热、压碎、穿透或过充等不规则活动触发,以及由于零部件的故障或一次性质量缺陷所引起。
在电池单元发生短路时,化学反应产生极高的温度,因为储存的能量突然释放。如果不加以控制,产生的热量可能会引起火灾,因为不受控制的热量积累会导致进一步的损坏,这就是所谓的“失控”。在电池单元中,突如其来的不希望的化学反应开始取代稳定、期望的电化学反应,产生过量的热量和有毒气体。这种连续的“失控”循环在其中,热量加速反应,产生更多的热量和气体,依此类推。如果未能减轻诱因,会在邻近电池中产生多米诺效应,继续这一模式。
当热失控发生时,产生的不希望的化学反应难以控制。最终,有毒气体通过圆柱形和棱柱形电池的爆炸帽或当软包电池破裂时排出,在从阴极释放的金属粉尘颗粒的黑云中,随后是白色蒸汽云,因为气体中还含有溶剂的滴落。随着氧气与蒸汽混合,热量持续积累,电池单元甚至可能点燃。
在一个 EV 电池包中,多个电池单元构成一个模块,而多个模块构成一个包,同样的原理适用。当电池由于任何类型的滥用而发生短路,电池单元加热。温度的积累最终超过了电池单元周围可以散发的热量,影响附近的电池单元。由一个电池系统中单个电池单元的热失控触发的热失控序列发生称为热失控传播或热传播。
对于处理热失控,三个关键元素包括:
- 热传递:保持电池单元在一致的温度以允许最佳功能。
- 热障碍:防止在热失控事件发生时受到邻近电池单元的影响。
- 防火传播障碍:防止火势蔓延并摧毁电池单元和包材料。
热失控
热失控描述了一种连锁反应,其中一个受损电池单元开始以热的形式释放能量。尽管在质量较低的电池单元中尤其容易发生,但也可能由不规则活动触发——加热、压碎、穿透或过充——以及由零部件故障或一次性质量缺陷引起。锂离子电池会产生少量热量;然而,当触发异常化学反应时,电池单元不再能够处理这些热量。当完整性或内部电阻受损时,可能会导致内部短路。随着电池单元短路,化学反应产生极高的温度,因为储存的能量突然释放。如果不加以控制,产生的热量可能引起火灾,因为不受控制的热量积累导致进一步的损坏——因此称之为“失控”。
电池单元中发生的是突然和不希望的化学反应开始取代稳定、期望的电化学反应,产生过量的热量和有毒气体。一个持续的“失控”循环被创建,在这个循环中,热量加速反应,产生更多热量和气体,以此类推。如果未能减轻原因,会在邻近电池中产生多米诺效应,继续这一模式。当热失控发生时,产生的不希望的化学反应难以控制。最终,有毒气体通过圆柱形和棱柱形电池的爆炸帽排出,或者当软包电池破裂时,在从阴极释放的金属粉尘颗粒的黑云中,随后是白色蒸汽云,因为气体中还含有溶剂的滴落。随着氧气与蒸汽混合,热量持续积累,电池单元甚至可能点燃。
热传播
在一个电动车电池包中,多个电池单元构成一个模块,而多个模块构成一个包,相同的原则适用。当电池因任何类型的滥用而短路时,电池单元加热。温度的积累最终超过了电池单元周围可以散发的热量,影响附近的电池单元。由单个电池单元的热失控引发的电池系统中的热失控序列称为热失控传播或热传播。可以进行热传播测试,以评估在单个电池单元内部短路引起热失控的情况下点火或破裂的影响。通过了解失控每个阶段的复杂性,工程师可以发现在哪里介入以实现安全目标。
热失控的原因
- 第一阶段:由于内部或外部因素(参见:原因),电池单元的正常状态被改变,电池单元的内部温度开始上升。
- 第二阶段:隔膜融化,固态电解质界面(SEI)层分解,阳极暴露出来。化学反应产生过量的热量和有毒气体,导致连续的失控循环。
- 第三阶段:当足够的气体和热量积累后,易燃的有机电解液燃烧,导致火灾甚至爆炸。
电池的热管理是提高电池性能、寿命和安全性的关键。艾利丹尼森动力电池材料解决方案不仅设计用于粘合、固定和标识,而且经常用于屏蔽和保护。