登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
锂离子电池热失控机理
锂离子电池热失控过程可分为3个阶段:
1、热失控初期(90-120°C)
受内外部因素影响,电池温度迅速升高至90-100°C,负极SEI钝化层开始分解放热,SEI膜由稳定层(LiF、Li2CO3等)和亚稳层((CH2OCO2Li)2等)构成,后者在110-120°C转化为Li2CO3,释放CO2,加剧升温并促使电解液与正极反应。随后135°C和166°C时隔膜相继熔融收缩,引发正负极短路,电池持续放热。
在热失控初期,电池内部的热量主要来自于正负极表面SEI膜的分解反应。SEI膜是一层在首次充放电过程中形成的钝化保护层,由无机物(如LiF、Li2CO3)和有机物(如亚稳态的(CH2OCO2Li)2、稳定态的Li2EDC)组成。其中,亚稳态SEI在110-120°C时开始分解,生成Li2CO3并释放CO2气体,该过程为强放热反应。而稳定态SEI直到130°C以上才会分解,放热量相对较小。因此,SEI膜的热稳定性对电池安全性至关重要。
另一方面,随着温度升高,隔膜开始软化熔融。PE隔膜和PP隔膜的熔点分别在135°C和166°C左右。一旦隔膜收缩穿孔,正负极直接接触发生内短路,大电流触发新一轮强放热反应,加速电池进入热失控。
2、电池鼓包阶段(250-350°C)
温度进一步升高至250-350°C时,锂与碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)和碳酸二甲酯(DMC)等有机电解液剧烈反应,生成Li2CO3并挥发出甲烷、乙烷等可燃气体,使电池膨胀鼓包。
在此阶段,电解质开始大量分解。首先,六氟磷酸锂(LiPF6)在高温下分解生成PF5和LiF。PF5是一种Lewis酸,会进一步催化电解液溶剂如EC、PC等的还原分解。分解产物包括甲烷、乙烷、乙烯等可燃气体以及Li2CO3、LiF等固体沉积物。大量气体的产生导致电池内压急剧升高,外观鼓包明显。
同时,随着温度进一步升高,正极活性物质也开始分解。例如,磷酸铁锂正极在300°C以上会发生相变,钴酸锂正极在350°C以上会释放O2,而O2的存在会大大加剧电解液的燃烧。
3、热失控爆炸阶段(>350°C)
当温度超过350°C,充电态正极材料与电解液发生剧烈分解反应,产生高温和大量有毒气体,最终导致电池燃烧爆炸失效。
在最后阶段,随着温度超过350°C,正负极、电解质的热分解反应进入失控状态,放热速率远大于散热速率。大量可燃气体在高温下被点燃,引发电池内部小爆炸,破坏电池结构并喷出高温熔融物。电池完全失效,并可能引燃周围其他电池,造成连锁反应。
在热失控过程中,电解质LiPF6首先分解生成PF5,与有机溶剂发生一系列放热反应,释放CO2、HF等,加速电池升温。同时,隔膜的熔融收缩直接导致内短路,放热反应进一步加剧。随着温度进一步升高,正极材料发生相变、分解,加上电解液的剧烈燃烧,最终引发电池爆炸失效的严重后果。
锂离子电池电力储能系统的火灾特性与蔓延机制
以集装箱形式构建的锂离子电池电力储能系统,因其高能量转换效率和模块化设计,在电力储能解决方案中占据了重要地位。这些系统内部集成了多种关键组件,如智能监控平台、电池管理单元、应急消防设备、集中式温控系统、电池专用的电力转换设备等,所有这些设备均集成在一个密封的集装箱内,以实现高效的能源存储与转换。
电池单元通过特定的串并联配置形成电池模块,这些模块进一步串联成电池组,最终并联集成到储能柜中。智能监控平台负责数据交互、网络监控和信息处理,而电池管理单元则监控各电池单元的电压和电流状态,确保电池组均衡充电,防止环流产生,保障系统稳定运行。应急消防设备和温控系统的设计,旨在维护整个储能系统的安全运行。电力转换设备则负责实现电池储能系统与电网之间的直流与交流电能转换。
锂离子电池的热失控和蔓延过程通常起始于单个电池单元内部的化学反应,如SEI膜、电解液、正极材料和锂金属的分解,这些反应会释放大量热量,导致电池单元过热。这种过热现象不仅会迅速提升电池内部的温度,还可能通过热传导和辐射影响周围电池,引发连锁反应。同时,部分热量随着气体和颗粒物的释放而扩散,通过气流将能量传递到周围电池,可能最终导致整个储能系统的火灾。
锂离子电池储能系统火灾的特点包括:
①燃烧反应剧烈,热蔓延速度快,由于锂金属与水反应产生的氧化物和氢气,加剧了火势的蔓延;
②释放的有毒气体和烟尘量大,危险性高,燃烧过程中可能释放出对人体有害的氟化氢或五氟化磷等有毒气体,以及可能引发爆炸的粉尘颗粒;
③火灾难以彻底扑灭,易发生复燃,传统的灭火方法难以彻底抑制锂离子电池火灾,因为它们可能在表面上看似被扑灭后,内部仍在继续反应,导致火灾再次发生。
在我国,电气火灾是引发火灾事故的主要原因之一,而锂离子电池储能系统包含复杂的电气组件,因此电气火灾可能触发更为严重的电池火灾。因此,对电气火灾的原因和消防措施的研究,对于预防和控制储能系统的火灾同样至关重要。电气火灾的常见原因包括线路故障、过载、接触不良、电弧和设备过热等。电气火灾的预防和应对措施包括安装监控系统和消防设备,如国家标准GB14287-2005规定的电气火灾监控系统,以及室内外消火栓、自动喷水灭火系统、CO2气体灭火系统、水喷雾灭火系统和泡沫灭火系统等。对于锂离子电池储能系统,必须同时考虑电气安全和电池安全,采取综合措施,确保系统的全面安全。
锂电池安全性能改善策略
针对锂电池热失控机理,可从正极、负极、电解液、隔膜和电芯结构等方面进行优化改进,提升电池的本征安全性。
1、正极材料改性
热失控的触发温度和热量与正极材料的性质密切相关。磷酸铁锂具有较高的热稳定性,在350°C以上才开始分解,而钴酸锂在275°C就会发生相变,释放大量热量。因此,选用磷酸铁锂等热稳定性高的正极材料可提高电池的安全裕度。
通过表面包覆、元素掺杂等改性方法也能提升不同材料的热性能。例如,对钴酸锂进行表面包覆后,其高温分解释放热量明显降低。用Mg、Al、Zr等元素对材料进行掺杂改性,能抑制晶体结构变化,提高分解温度。这些改性手段对三元正极材料NMC、NCA同样有效。
2、负极材料改进
热失控初期SEI膜的分解是关键诱因之一。选用形成热稳定性更高的SEI膜的负极材料,如Li4Ti5O12、硬碳等,能延迟热失控发生。采用表面涂覆、掺杂等表面改性技术也是有效途径。在石墨负极中掺杂纳米Al2O3,能提高首次效率并改善循环稳定性。对负极表面进行包覆,如Al2O3、AlPO4等陶瓷涂层,不仅能提高热稳定性,还能抑制枝晶生长,降低内短路风险。
3、电解液优化
有机电解液的可燃性是热失控恶化的主因,开发不可燃电解液体系至关重要。磷酸酯类、硅烷类、离子液体等都是潜在的下一代电解液。阻燃添加剂的加入也是有效手段。例如,在传统电解液中加入三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TTFPi),能明显抑制电解液的燃烧,提高电池安全性。
另一方面,六氟磷酸锂(LiPF6)盐在热失控中起到催化作用。一些新型锂盐如双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)、双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)等,热稳定性更高,有望取代LiPF6应用于下一代电池。
4、隔膜改性
提高隔膜熔点,延缓隔膜软化收缩引发的内短路,是抑制热失控的重要手段。在PE、PP等基体上涂覆耐高温的陶瓷粉体,能明显提高隔膜熔点,如Al2O3涂层使PP隔膜的热失效温度从160°C提高到230°C以上。三层复合隔膜PP/PE/PP,能在180°C高温下仍保持较好的机械强度,维持电池正常工作。
5、 电芯结构设计
合理的电芯结构设计也能提高安全裕度。在电芯中设置过充保护电路、PTC过温保护元件,能及时切断异常电流,防患于未然。加装断流保险丝、防爆阀等也是常见手段。在电芯外壳上开设泄压孔,能及时释放热失控产生的气体,降低爆炸风险。
首航 PowerMaster液冷电池舱技术
在热失控机理分析及材料、电芯结构优化的基础上,电池系统层面的热管理与安全防护设计也至关重要。首航PowerMaster集中储能产品采用了先进的液冷电池舱技术,有效解决了锂电池热失控引发的安全隐患。
1、同程均流液冷散热+智能风冷散热
液冷系统采用同程均流设计,冷液在每个电芯表面均匀流过,配合智能风冷,实现了更优的散热效果。这种设计使得电芯温差控制在2.5°C以内,远优于风冷系统,从而大大降低了热失控发生的风险。
2、 防凝露设计
电池舱内部易产生凝露,影响绝缘性能。首航 PowerMaster液冷电池舱采用了特殊的防凝露设计,有效防止了凝露问题,保障了电气安全。
3、模块化拼箱设计
首航PowerMaster液冷电池舱采用40尺集装箱尺寸,通过模块化拼装的方式,与传统设计相比,可降低占地面积30%以上,便于大规模集中应用。
4、三级联动消防系统
首航PowerMaster液冷电池舱搭载了电芯级气溶胶灭火、舱级气体灭火及库区水喷雾灭火三级联动的消防系统。在电芯级发生热失控时,气溶胶自动喷射,快速扑灭初期火情。若火势蔓延,舱级管网释放氮气,隔绝氧气。在极端情况下,库区水喷淋系统启动,控制火灾蔓延。三级消防的有机结合,从源头防控热失控事故。
5、防爆泄压设计
电池舱采用了可燃气体排放和泄爆设计。在热失控过程中产生的可燃气体可及时排出舱外,并设置泄爆口,防止爆炸危害。同时,排气系统配有惰化装置,防止电池舱二次复燃。多重防爆机制,全面消除爆炸风险。
【小航结语】
锂电池热失控机理复杂,涉及多个阶段的链式反应,提升其安全性需要多管齐下,协同创新。一方面,要从材料和结构上增强电池的耐热性和阻燃性,抑制热失控的触发和扩散;另一方面,要通过系统级的热管理和安全防护设计,如首航PowerMaster液冷电池舱技术,来降低热失控风险,提高电池系统的安全性和可靠性。通过这些综合措施,可以有效提升锂电池在极端条件下的性能表现,保障其在大规模储能应用中的安全运行,推动锂电池技术在新能源领域的进一步发展和应用。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星储能网获悉,今年以来,储能行业政策利好不断,企业上市融资动作明显加快,市场越来越热闹。近期有包括高特电子、麦田能源、亿纬锂能等多家储能企业申请IPO,又掀起了一波上市小高潮。欣旺达7月1日晚间,欣旺达公告,为深入推进公司全球化战略,打造国际化资本运作平台,提升国际品牌形象及综合
7月2日,2025泰国可再生能源展览会(ASlASustainableEnergyWeek)在曼谷#xB7;诗丽吉王后国家会议中心盛大开幕。作为亚洲领先的可持续能源平台,展会汇聚了行业领袖、政策制定者和创新企业。首航新能源携户用、工商业、地面电站全场景光储解决方案惊艳亮相,凭借光储创新技术和系统集成优势赢得了业界高
北极星储能网讯:当SNEC2025的聚光灯聚焦于能源变革前沿,储能产业正以“协同”为笔,在全球能源转型中勾勒新发展图景。展会期间,海博思创、宁德时代、中车株洲所等近百家企业就储能业务密集签署战略合作协议,总规模预计超26.2GWh,从技术研发到系统集成,从产业链协同到全球化市场布局,一场产业聚
6月10日,SNECPVES国际光伏储能大会在国家会展中心(上海)洲际酒店盛大启幕。次日,SNECPV+2025国际光伏储能展相继开启。首航新能源(以下简称:首航)作为此次大会特邀合作伙伴,积极参与行业对话,聚焦战略合作,与全球合作伙伴及客户共探光储产业未来发展趋势及各国政策,共商合作策略及最新前沿技
6月10日,SNECPVES国际光伏储能大会在国家会展中心(上海)洲际酒店盛大启幕。次日,SNECPV+2025国际光伏储能展相继开启。首航新能源(以下简称:首航)作为此次大会特邀合作伙伴,积极参与行业对话,聚焦战略合作,与全球合作伙伴及客户共探光储产业未来发展趋势及各国政策,共商合作策略及最新前沿技
北极星储能网获悉,6月11日晚间,首航新能发布了关于调整募集资金投资项目拟投入募集资金金额的公告,决定对公司首次公开发行股票的募集资金投资项目拟投入的募集资金金额进行调整。首航新能源首次公开发行人民币普通股(A股)4,123.7114万股,每股面值1.00元,发行价格为11.80元,募集资金总额为48,65
5月30日,首航新能源旗下的中电首航乌什县储能有限公司发布了乌什5万千瓦/40万千瓦时构网型磷酸铁锂电化学长时独立储能示范项目储能电池设备采购招标公告。项目位于新疆阿克苏乌什县,规模为50MW/400MWh。
5月26日,中通服网盈科技有限公司2025年智能光伏逆变器框架采购中选候选人公布,中选候选人为深圳市首航新能源股份有限公司。招标公告显示,比选人为中通服网盈科技有限公司,预算金额32万元人民币(含税),以实际采购下单为准。交货地点为江苏省内。比选内容如下:
近日,华昱欣、麦田能源、古瑞瓦特、安克创新Anker、正浩EcoFlow等国内外多家光储企业推出了阳台光储系列新品,抢滩欧洲阳台光储市场,再次引发业内关注。阳台光储赛道是分布式能源的新风口,它在2023年开始兴起,并在2024年迅速升温并火到今年。在家庭阳台、车库、庭院等场景,阳台光伏组件+微逆+微储
北极星储能网获悉,5月16日,深圳市首航新能源股份有限公司发布投资者关系活动记录表,表示2025年,公司将在继续巩固、强化已有的优势业务外,持续积极拓展光伏逆变器地面电站业务、工商业储能及集中式储能业务以及新兴市场业务。根据目前了解到的市场与客户需求情况,2025年公司的整体收入预计将保持
北极星储能网讯:为期三天的2025年欧洲国际太阳能展(IntersolarEurope2025)近日在德国慕尼黑落下帷幕。本次展会有来自57个国家的2737家展商参展,约850家来自中国。中国储能企业不仅展出了储能电芯、储能系统、充电基础设施等能源解决方案,还签下超12GWh储能订单,成为展会的亮眼存在。据欧洲电力交
北极星储能网获悉,7月4日,深圳坪山区人民政府发布《深圳市坪山区落实“双碳”战略进一步推动新能源产业高质量发展的若干措施》。其中指出,支持企业建设新型电池及储能、充电设施、光伏、氢能、智能电网和综合能源服务等领域中试生产线,对项目总投资额(不含土建)在500万元以上的,按设备投资额的1
近日,普利特公告,公司控股孙公司广东海四达钠星技术有限公司与南方电网电力科技股份有限公司签署了30MWh钠离子(聚阴离子体系)电池储能系统采购合同。合同自双方加盖公章或合同专用章之日起立即生效。本次合作有助于公司在储能业务中进一步提升和拓展竞争力。公司形成了涵盖各个技术路线的电芯到模
7月1日,美国国会通过的《大而美法案》(OBBB)以微弱优势生效,标志着美国能源政策发生重大转向。其核心内容在于,提前终止IRA下的部分关键清洁能源补贴,并大幅收紧对“受关注外国实体”(ForeignEntityofConcern,简称FEOC)的限制。这种政策的快速更迭,不仅正在重塑美国本土新能源产业格局,也将对
作者:刘德帅1朱慧琴1孙睿浩1李蒙2巩文豪2李晓辉2钱伟伟2,3单位:1.郑州中科新兴产业技术研究院,河南省储能材料与过程重点实验室2.龙子湖新能源实验室,氢能储能中心3.中国科学院过程工程研究所,离子液体清洁过程国家重点实验室引用本文:刘德帅,朱慧琴,孙睿浩,等.双添加剂协同提升钠离子电池循环稳
电池的研发与设计创新模式,正在被重构。中国科学院院士欧阳明高曾预测,锂电下一个十年的技术竞争核心在于材料,而人工智能(AI)正在改变材料的研发范式。欧阳明高院士这一预测,正在被一家有着深厚电池基因和AI技术能力的企业变为现实。(文章来源:电池中国)今年4月底,SESAICorporation(简称“S
北极星储能网获悉,7月8日消息,天铁科技披露欣界固态电池的电芯容量为1-55Ah,电芯能量密度为450-550Wh/Kg,体积能量密度为1000-1300Wh/L,放电倍率为4C-10C,温度范围为-40-80℃,循环次数为800-1000次。欣界产品目前主要运用于三个下游方向:eVTOL、机器人以及3C产品,量产后有望进入如动力电池市场
西班牙首都马德里附近一家锂电池回收工厂4日发生火灾,至6日仍未扑灭。据报道,火灾导致两人受伤。据德新社报道,这家工厂位于马德里东北方向约50公里的一个工业区,消防员6日仍在奋力灭火。几起爆炸引燃大火,爆炸原因尚不清楚。由于火灾导致有毒烟雾释放,当地政府通过手机向周围5个社区大约6万名居
北极星售电网获悉,7月4日,深圳坪山区人民政府发布关于印发《深圳市坪山区落实“双碳”战略进一步推动新能源产业高质量发展的若干措施》的通知。文件明确,鼓励建设资源聚合平台并接入深圳市虚拟电厂管理中心参与电网调控,开展数字能源服务衍生业务。对虚拟电厂资源聚合平台投资主体每年按响应收益的
近日,为深化工业和信息化绿色低碳标准化工作,工业和信息化部印发实施《关于深入推进工业和信息化绿色低碳标准化工作的实施方案》(以下简称《实施方案》)。《实施方案》明确提出,以市场需求迫切、减排贡献突出、供应链带动作用明显的工业产品为重点,加强碳足迹核算标准供给,稳步有序扩大覆盖产品
作者:贺瑞璘1张通1吴镓淳1王朝阳3邓永红1张光照1许晓雄2单位:1.南方科技大学材料科学与工程系2.南方科技大学创新创业学院3.华南理工大学材料学院引用本文:贺瑞璘,张通,吴镓淳,等.骨架型材料与设计在高比能锂电池中的应用研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(5):1758-1775.DOI:10.19799/j.cnki.2095
日前,河南林州市人民政府网站发布《关于2025年6月27日拟对林州创锦新能源有限公司年产100万支聚合物锂电池生产项目环境影响报告表作出审批意见的公示》,这一锂电池项目正式迎来阶段性进展。公示信息显示,项目选址河南省安阳市林州市红旗渠经济技术开发区电子产业园,林州创锦新能源有限公司拟投资51
在全球轨道交通产业加速电动化转型的浪潮下,动力电池系统的安全性能已成为制约行业高质量发展的核心要素。2025年4月发布的《轨道交通动力电池系统安全设计规范T/CIET1206#x2014;2025》团体标准,自落地实施近三个月以来,正以系统性的安全框架重塑行业发展格局。高泰昊能作为核心参编企业,凭借其深厚
储能标准滞后于国际标准对我国企业出海的影响封红丽1沈春雷2周喜超2(1.国网(北京)综合能源规划设计研究院2.国网综合能源服务集团有限公司)全球能源绿色低碳转型背景下,新型储能市场迎来高速发展期。国际能源署预测,全球储能装机容量到2026年将达270吉瓦左右。对于我国新型储能产业来说,走出国门
在全球储能行业安全要求不断升级的背景下,瑞浦兰钧以一场“极限生存测试”刷新产品安全包线#x2014;#x2014;近期,在CSA、美国消防工程审核专家和国际客户的三方见证下,其Powtrix#xAE;5MWh储能电池舱完成并通过大规模火烧测试。在满电状态下持续燃烧14小时,成功阻止热失控向周边设备蔓延。这一测试深
为增强对储能电站常见灾害事故处置能力,内蒙古巴彦淖尔市消防救援支队6月26日赴内蒙古能源集团磴口县奈伦储能电站,开展防消联勤灭火救援实战拉动演练。演练开始前,参演指战员深入蒙能奈伦储能电站开展实地调研,现场听取了储能项目负责人关于模组结构、材料选择上的防火设计等情况的介绍,了解了储
作者:陈海生1李泓2徐玉杰1徐德厚3王亮1周学志1陈满4胡东旭1林海波1,2李先锋5胡勇胜2安仲勋6刘语1肖立业7蒋凯8钟国彬9王青松10李臻11康飞宇14王选鹏15尹昭1戴兴建1林曦鹏1朱轶林1张弛1张宇鑫1刘为11岳芬11张长昆5俞振华11党荣彬2邱清泉7陈仕卿1史卓群1张华良1李浩秒8徐成8周栋14司知蠢14宋振11赵新宇16
受供需突变、债务高企、技术竞争力不足、供应链脆弱、地缘政治加剧贸易与投资不确定性等多重因素冲击,锂电产业链公司正经历前所未有的生存挑战,行业分化加剧,洗牌步入深水区,一场关乎存续与出局的战役已经打响。“红海”搏杀从高歌猛进到销声匿迹2025年全球电池行业破产、退市事件频发。在国际市场
作者:莫子鸣1饶宗昕1杨建飞1杨孟昊2蔡黎明1单位:1.同济大学汽车学院;2.同济大学材料科学与工程学院引用本文:莫子鸣,饶宗昕,杨建飞,等.锂离子电池过充热失控气热模型构建及关键参数影响分析[J].储能科学与技术,2025,14(5):1784-1796.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0262本文亮点:(1)构建了
回首储能行业刚被抽离政策拐杖之初,整个市场不乏犹疑、焦虑的声音。一方面,以低质产品进行低价竞争得以存活的储能企业陆续黯然离场;另一方面,储能在趋向市场化后更加聚焦价值重构,储能企业也在兼顾安全、效率与成本中愈发“求真”,迸发活力。价值导向下,直面储能安全2024年工信部发布的强制性国
深圳证券交易所发行上市审核信息公开网站显示,杭州高特电子设备股份有限公司创业板上市注册于今日(2025年6月23日)被受理,正式开启上市新征程!招股说明书显示,高特电子成立于1998年,自成立以来始终聚焦于电池监测和电池管理相关领域,从铅酸电池监测起步到锂电池管理系统,紧跟全球电池技术和新
作者:汪红辉1,3李嘉鑫1,3储德韧1,2,3李彦仪1,3许铤2,3单位:1.上海化工研究院有限公司;2.上海化工院检测有限公司;3.工信部工业(电池)产品质量控制和技术评价上海实验室引用本文:汪红辉,李嘉鑫,储德韧,等.磷酸铁锂电池存储失效机理及热安全性研究[J].储能科学与技术,2025,14(5):1797-1805.DOI:10.1
自2024年5月,连续几次复燃,火灾最终足足持续了16天之久的美国加州圣地亚哥市OtayMesa(奥泰梅萨)Gateway储能电站(锂电池)火灾事故后,2025年美国MossLanding储能电站两次起火以及德国、英国储能项目火灾事故,再次将储能安全问题推向风口浪尖。截至2025年1月,全球储能事故发生超过100起,储能系
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!