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锂离子电池内部主要放热反应有:
Ø SEI膜的分解(90~120℃);
Ø 负极与电解液的反应(120℃以上);
Ø 电解液分解(200℃左右);
Ø 正极与电解液的反应,伴随正极分解,析出氧气(180~500℃);
Ø 负极与粘结剂的反应(240℃以上)等。
电芯热失控(燃烧,爆炸)的原因:电芯内部的放热副反应导致热量累积,电芯对外热交换的速率小于热量累积速率,温度持续升高,直至达到着火点温度,引起燃烧和爆炸。
电芯内部的热过程遵循热量平衡:
Qp = Qe + Qa
Qp—电芯内部各种副反应产生的热量
Qe—电芯与环境交换的热量(散热)
Qa—电芯自己吸收的热量(热累积)
如果Qe ≥ Qp,则Qa为负值或零,电芯内部温度不会上升,不会产生热失控
如果Qe < Qp,则Qa为正值,电芯内部温度持续上升,直至热失控(200~300℃)
避免电芯热失控的措施:
Ø 采取保护措施,降低外部触发因素发生概率(过充、过热、短路、挤压、穿刺等);
Ø 阻断放热副反应的正反馈过程,如增加保险丝,或在正负极材料与集流体之间增加PTC材料;
Ø 降低放热副反应所产生的热量,如选择磷酸铁锂正极材料、改变电解液的有机溶剂成分等;
Ø 提高着火点温度,如在电解液中添加阻燃材料、选用陶瓷隔膜等;
Ø 提高散热能力,避免热累积,如采用高效的液冷设计方案等。
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