电池发生燃烧的常见原因及应对方法分析

导读

本文总结了热失控机理与防范措施，在电池全系电池设计、制造中都有实践，但是针对实际中不同材料体系会有不同化学特性，其电芯热失控机理存在不同，不同的系统设计也会导致系统级的危险和解决措施各不相同。

爆炸是动力电池系统较为常见的危害表现，造成的影响，也更为严重，不但会造成财产损失和环境破坏，甚至会造成人身伤害或生命危险。

导致动力电池系统发生燃烧或爆炸的可能原因有：

动力电池(电芯)的放热副反应导致热失控，引燃电解液和其他可燃物质;

动力电池系统的高压回路中局部连接抗阻抗过大，有大电流流过时倒至温度上升达到着火点温度，引燃动力电池系统内部的可燃物质;

动力电池系统外部发生燃烧，导致动力电池系统内部温度持续上升，达到着火点温度，引燃内部的可燃物质。

针对电动汽车的使用的情况分析，第一种情况的发生概率较高，危险系数也较高，电芯的放热副反应导致热失控是动力电池系统发生燃烧或爆炸的主要原因。

锂离子电池内部主要放热反应有：

ESI膜的分解，温度范围是90~120℃;

负极与电解液的反应，温度达到120℃以上;

电解液分解，温度大概在200℃左右;

正极与电解液的反应，伴随正极分解析出氧气，温度范围在180~500℃;

负极与粘结剂的反应，大概在240度以上。

电芯热失控(燃烧、爆炸)的根本原因是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积累速率，温度持续升高，直接达到着火点温度，引起燃烧和爆炸。

电芯内部的热过程遵循能量守恒：Qp=Qe+Qa

公式中Qp为电芯内部各种负反应所产生的热量，Qe为电芯与环境交换的热量，也就是散热，Qa是电信自己吸收的热量及热积累。如果Qe≥Qp则Qa为为负值或零，电芯内部温度不会上升，不会产生热失控;如果Qe

从上面的分析可以看出，如果不能阻断电芯内部的放热副反应，电信内部的温度就会一直上升，直至发生热失控事件。

要降低事故发生的风险，可采取的措施有：

采取保护措施，降低外部突发因素发生概率(比如过充、过放、过热、短路、挤压、穿刺等);

阻断放热副反应的正反馈过程，如在PACK模组在采用邦定保险丝工艺，或在正负极材料与集流体之间增加PTC材料;

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;

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;

提高散热能力，避免热积累，如力朗电池采用高效的液冷设计方案，也有个别方案将整个电池，浸在冷却液中。

以上，所总结的热失控机理与防范措施，在电池全系电池设计、制造中都有实践，但是针对实际中不同材料体系会有不同化学特性，其电芯热失控机理存在不同，不同的系统设计也会导致系统级的危险和解决措施各不相同。