锂离子电池热失控分3个阶段

锂离子电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率,且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言,“热失控”是一个能量正回馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热后温度升高,又反过来让系统变得更热。

不严格的划分,电池热失控可以分为3个阶段:

锂离子电池热失控过程图

不同种类锂电池热失控反应动力学机制研究图片

第1阶段:电池内部热失控阶段

由于内部短路、外部加热,或者电池自身在大电流充放电时自身发热,使电池内部温度升高到90℃~100℃左右,锂盐LiPF6开始分解;对于充电状态的碳负极化学活性非常高,接近金属锂,在高温下表面的SEI膜分解,嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应,进一步把电池温度推高到150℃,此温度下又有新的剧烈放热反应发生,例如电解质大量分解,生成PF5,PF5进一步催化有机溶剂发生分解反应等。

锂电池图片

第2阶段:电池鼓包阶段

当锂离子电池温度达到200℃以上时,正极材料分解,释放出大量热和气体,持续升温,到250-350℃时,嵌锂态负极开始与电解液发生反应。

第3阶段:电池爆炸失效阶段

在反应发生过程中,充电态正极材料开始发生剧烈的分解反应,电解液也会随之发生激烈的氧化反应,释放出大量的热量和气体,造成锂离子电池内部温度和分压骤升,最后引发电池燃烧爆炸。

若想有效提高锂离子电池的安全性能,缓解其热失控问题是极为有必要的。

 

 

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