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大量实验现象表明,热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸,也可能都不发生,这取决于电池材料发生热失控的机理。图 14与图 15展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的锂离子动力电池的热失控机理。图 14为该款锂离子动力电池绝热热失控实验中的温度与电压曲线,根据其热失控温度变化的特征,将热失控过程分为了7个阶段。在不同阶段,电池材料发生不同的变化,图 15通过一系列的图片解释了各个阶段电池材料的变化情况。
图 14某款三元锂离子动力电池热失控实验
图 15某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理示意图
对于冒烟的情况而言,在阶段V,如果电池内部温度低于正极集流体铝箔的熔化温度660oC,电池正极涂层就不会随着反应产生的气体喷出,此时观察到的会是白烟;而如果电池内部温度高于660oC,正极集流体铝箔熔化,电池正极涂层随着反应产生的气体大量喷出,此时观察到的会是黑烟。对于起火的情况而言,热失控事故中的起火一般是由于电解液及其分解产物被点燃造成的。所以,从阶段II开始,从安全阀泄漏出来的电解液就有可能被点燃而起火。从燃烧反应的三要素(可燃物,氧气,引燃物)来看,可燃物即是电解液;氧气在电池内部存在不足,因此电解液需要泄漏出来才会发生起火;引燃物可能来自于电池外短路产生的电弧,也可能来自热失控时,高速喷出的气体与安全阀体摩擦所产生的火星。对于爆炸的情况而言,爆炸一般表现为高压气体瞬间扩散造成的冲击。电池内部具有高压气体积聚的条件,而安全阀则是及时释放高压积聚气体的关键。安全阀体如能在电池壳体破裂之前开启,并释放足够多的在热失控过程中产生的高压气体,电池就不会发生爆炸;安全阀体如不能及时开启,就可能会发生爆炸事故。
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