动力锂离子电池起火原因详解

1电动汽车起火案例分析

电动汽车起火案例分析表明，起火原因大多是由于动力锂离子电池热失控所致。通过对某型电动汽车一年起火时间分析，发现在温度较高的5-八月，起火案例起数占总数的52%以上，环境温度过高是动力锂离子电池起火的因素之一；从该电动汽车起火案例中车辆运行状态统计还发现，充电过程中起火占比为68%，行驶过程起火占比为20%，静止和其他情况下起火占比为12%。

2动力锂离子电池热失控发生机制

电动汽车使用过程是动力锂离子电池的充放电循环过程，会发生复杂的化学反应。由于负极表面SEI膜的热稳定特性，当温度达到120～140℃时会发生热分解。SEI膜分解会使负极裸露，直接与电解液接触，发生剧烈的还原反应，并放出大量可燃性气体，同时释放出大量的热。

当SEI膜分解释放的热使电芯温度达到180～200℃时候，正极开始发生分解。正极分解过程中释放原子态氧，原子态氧的活性很高，会直接导致电解液剧烈氧化分解，短时间内电芯积聚大量的热。

当温度过高或充电电压过高时，发生潜在的放热副反应，热量聚集时，电芯温度和压力急剧上升，导致热失控发生，其中正极热分解量最大。不同正极材料的电芯热稳定性不同，三元材料的电芯热分解相对较低，磷酸铁锂在200～400℃时基本不分解，随着镍含量的新增，高镍三元正极热分解温度越来越低，放热量越来越大，温度在120℃左右就开始发生热分解。

当动力锂离子电池散热性能不达标，化学反应释放的热量使温度升高，促使化学反应速率呈指数级增大，系统进入自加温状态，发生热失控。另外，电芯都装配有泄压阀，动力锂离子电池也会配备防爆阀，当电池压力达到6～8Pa时会泄压。在泄压过程中，电解液的闪点很低，电解液蒸气在喷出时，与防爆阀的摩擦足以导致动力锂离子电池燃烧。由此可见，动力锂离子电池起火的特点是不会发生剧烈爆炸，但具有燃烧迅速的特点。

3动力锂离子电池起火过程

为验证电动汽车动力锂离子电池的起火过程，笔者与研究人员进行了某型号动力锂离子电池的热失控过程验证试验。试验设备包括电池包监控上位机、加热片、万用表等。动力锂离子电池参数，见表2所示。试验内容包括：电池模组和电池包的单颗电芯热失控发生的条件；热失控后扩散的进程和范围；电池包进水后的放电情况及放电过程中出现的异常情况。试验过程的数据与现象，见表3所示。

使用加热片对动力锂离子电池中的单颗电芯进行1.7h加热。加热1h时,温度到达125℃，后续温度一直保持不变，其间电芯有炸裂声，但声音不明显。试验结束后，该电芯防爆阀开启，没有发生爆炸和引起周边电芯热失控，电池包完好，如图2所示。试验结果表明，单电芯热失控不一定会引起整包热失控。

使用加热片对动力锂离子电池模组中间处的电芯进行加热，见表4所示。在加热5min后，开始出现异常现象，此时温度为185.6℃，在9min后停止加热，由于反应不断进行，模组温度达到512.3℃时出现明火，火势迅速蔓延至整个模组，如图3所示。

使用加热片对动力锂离子电池中的模组进行加热，电芯在受热到210℃时发生剧烈反应（此过程4min左右），出现泄气或炸裂现象，同时1min内周边电芯开始发生连锁反应，发生间断炸裂。12min后，电池包内压强新增，电池出现鼓包现象。电池包泄压导致电池包内剧烈反应出现明火，历时20min左右，说明动力锂离子电池起火具有火势猛烈、蔓延迅速的特点。