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热失控产生的根源是在电芯

钜大LARGE  |  点击量:1043次  |  2020年03月07日  

一块动力锂电池的全生命周期是从材料体系的选择开始,到电芯的完成,模组、PACK的成型,装车应用后的电池管理,到随车运行中的使用。


热失控产生的根源是在电芯。正负极是“导火线”,电解液是“燃料库”,它只要一粒“火花”就会出现热失控或者火灾。


“火花”或来自于电芯内部,或由外因而起。内因重要指在电池设计及制造过程中产生的不稳定因素;外因重要指在电池运输、安装及运行维护过程中由于人员、外部条件等导致的原因。


造成电池热安全失效,重要是局部过热,导致电池内部短路,或者微短路造成电池隔膜破损,出现更大面积的短路。


锂离子电池从NCM111、NCM523一路升级到NCM622、NCM811。正极三元材料镍含量不断提高,释氧温度不断下降,正极材料的热稳定性越来越差。释氧温度下降就意味着锂离子电池更加不耐热,正极材料随着温度的提高从层状结构变为尖晶石结构,然后形成岩盐,并释放出活性氧。岩盐的生长和氧气的释放是热失控产生的根本问题。


电化学滥用是最令电芯厂头痛的问题。在热冲击、过充、过放等滥用状态下,电池内部的活性物质及电解液会产生锂枝晶,刺穿隔膜,导致内短路。负极析锂是锂枝晶生长的一大原因。因此如何防止锂枝晶的是一项重要课题。


隔膜失效导致正负极短路是一个热失控重要的环节。当SEI膜这层安全膜被破坏后,电解液与电极发生反应产生热,将会熔化隔膜。而且隔膜面对着的敌人还有锂枝晶,威胁着它的完整性和稳定性。


内短路、过充、电池老化等带来的电池失效外,外短路、挤压、火烧、浸泡、模拟碰撞这些非常极端状态下的机械失效也会转化为内短路引发电气失效,最终导致热失控。


电池在全生命周期过程当中可能出现的一些失效、性能衰减,会造成电芯超过了安全使用范围被应用,引发一些安全事故。


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