锂离子电池热失控防范技术介绍

前不久，电动汽车锂离子电池强制性新国标的修改和讨论已基本完成，即将进入审查阶段，预计会在明年公布。值得注意的是，新国标中取消了难度较高且发生概率较小的单体电芯针刺测试，但却新增了锂离子电池包或系统热扩散测试。新国标中规定，在电池包发生热失控时，汽车需供应预警信号，预留至少5分钟的逃生时间。

近期，电池起火和爆炸事件层出不穷，作为电动汽车的明星公司，特斯拉更是被曝一周三起事故。说起电池热失控，虽然一些常规的安全性措施可以在一定程度上改善电池的使用安全性，但是并不能从根本上解决因热失控而引发的电池安全性问题。例如，广泛使用的聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层复合隔膜虽然具有热封闭功能，但决定其闭孔温度的PE层熔点（约135℃）与PP层熔点（约165℃）之间仅相差约30℃，在隔膜发生封闭之后，热惯性用途极易使电池温度上升至PP的熔化温度，导致隔膜熔化，引起更为严重的电池内短路。电池壳体上的安全阀虽然能在紧急情况下泄放电池内压、防止电池爆炸，但往往不能阻止电池燃烧，因为气体以超音速喷出时，与阀壁的摩擦升温足以点燃低闪点的可燃性气体组分。其他如PTC元件、熔断器等外部限流装置，仅对外部电路有效，对电池的内短路无能为力。

特斯拉电动汽车着火场景

从电化学的角度来看，电极反应必须涉及电子传输和离子传输。假如在电池内部建立一种温度感应机制，当电池温度过高时，这种机制能够及时响应并有效切断电子或离子传输，那么电池反应就会被关闭，从而防止电池大幅度升温，阻止其进入自加热的热失控状态。基于这一思路，国内外研究者相继提出了正温度系数电极、热响应微球修饰隔膜、热聚合添加剂等热失控防范新技术。根据它们用途原理的不同，大致可分为两大类：离子传输切断和电子传输切断。

1离子传输热切断技术

过针刺 低温防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆标准

充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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离子传输切断是利用材料的热相变行为，通过在给定温度下聚合物的熔化封闭隔膜和电极微孔，或通过单体、寡聚物的热聚合固化电解液，从而切断离子传输，关闭电极反应的一种过热保护技术。根据其用途原理的不同，可分为热熔化封闭和热聚合封闭。

热熔化封闭是通过在隔膜或电极表面涂覆一层热敏性微球，使电池具有热关闭功能，其工作原理如下图所示。常温下，附着在隔膜或电极表面的热敏性微球层呈多孔结构，允许离子自由通过；一旦电池因短路、过充等滥用导致其温度上升至微球熔化温度时，微球层发生熔化、坍塌，在隔膜或电极表面形成致密的聚合物层，从而切断电极两极之间或电极上的离子传输，中断电池反应。

热熔化封闭工作原理

热聚合封闭是指采用热聚合性质的单体为电解液添加剂，或具有热聚合性质的寡聚物为电极材料的表面修饰层，利用单体或寡聚物的热引发聚合，也可以实现离子传输的热关闭，其工作原理如下图所示。正常工作温度下，单体添加剂和寡聚物不影响Li+的正常传输；在要控制的温度下，单体聚合使电解液固化，或寡聚物聚合成致密膜，阻挡Li+的传输，从而关闭电池反应或大幅降低电极反应的进行速度。

热聚合封闭工作原理

无人船智能锂电池

IP67防水，充放电分口 安全可靠

标称电压：28.8V
标称容量：34.3Ah
电池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
应用领域：勘探测绘、无人设备

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2电子传输热切断技术

电子传输热切断是利用正温度系数（PTC）材料的电子电阻率随温度上升急剧增大的特点而发展起来的一种过热保护方法。电子传输热切断目前有三种实现途径：一是采用正温度系数材料作为电极集流体的表面涂层，二是采用正温度系数材料为电极活性涂层的导电剂；三是直接采用正温度系数材料为电极活性颗粒的表面包覆层。上述3种方式构成的电极，统称为正温度系数电极（即PTC电极）。当电池处于危险的高温状态时，PTC材料可有效切断电极集流体与活性涂层，或活性颗粒之间的电子传输，从而中断电池反应，防止热失控。