鋰離子電池內(nèi)部主要放熱反應(yīng)有：
· SEI膜的分解(90~120℃);
· 負(fù)極與電解液的反應(yīng)(120℃以上);
· 電解液分解(200℃左右);
· 正極與電解液的反應(yīng)，伴隨正極分解，析出氧氣(180~500℃);
· 負(fù)極與粘結(jié)劑的反應(yīng)(240℃以上)等。
電芯熱失控(燃燒，爆炸)的原因：電芯內(nèi)部的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱量累積，電芯對(duì)外熱交換的速率小于熱量累積速率，溫度持續(xù)升高，直至達(dá)到著火點(diǎn)溫度，引起燃燒和爆炸。
電芯內(nèi)部的熱過程遵循熱量平衡：
Qp = Qe + Qa
Qp—電芯內(nèi)部各種副反應(yīng)產(chǎn)生的熱量
Qe—電芯與環(huán)境交換的熱量(散熱)
Qa—電芯自己吸收的熱量(熱累積)
如果Qe ≥ Qp，則Qa為負(fù)值或零，電芯內(nèi)部溫度不會(huì)上升，不會(huì)產(chǎn)生熱失控
如果Qe < Qp，則Qa為正值，電芯內(nèi)部溫度持續(xù)上升，直至熱失控(200~300℃)
避免電芯熱失控的措施：
· 采取保護(hù)措施，降低外部觸發(fā)因素發(fā)生概率(過充、過熱、短路、擠壓、穿刺等);
· 阻斷放熱副反應(yīng)的正反饋過程，如增加保險(xiǎn)絲，或在正負(fù)極材料與集流體之間增加PTC材料;
· 降低放熱副反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量，如選擇磷酸鐵鋰正極材料、改變電解液的有機(jī)溶劑成分等;
· 提高著火點(diǎn)溫度，如在電解液中添加阻燃材料、選用陶瓷隔膜等;
· 提高散熱能力，避免熱累積，如采用高效的液冷設(shè)計(jì)方案等。
三、 安全防護(hù)設(shè)計(jì)
1. 整體思路
動(dòng)力電池系統(tǒng)安全防護(hù)的根本原則：阻止電能和化學(xué)能在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)和某些非正常狀態(tài)(法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的情況，以及典型的失效情況)，以不可控的方式釋放，或減輕其不可控釋放所帶來的危害。
安全防護(hù)設(shè)計(jì)的主要方法：
1) 阻止能量的不可控釋放——預(yù)防危害發(fā)生
2) 阻斷能量不可控釋放的路徑——阻止危害發(fā)生后的蔓延
3) 降低能量不可控釋放的破壞——降低危害所造成的損害
針對(duì)電擊危害：
· 被動(dòng)預(yù)防為主，保證足夠的絕緣強(qiáng)度和有效的接觸防護(hù)
· 采取有效的主動(dòng)干預(yù)機(jī)制(針對(duì)絕緣緩慢失效)，阻止危害發(fā)生，保證安全裕量
· 一旦發(fā)生，因?yàn)槟芰酷尫盘?毫秒級(jí))，無法及時(shí)進(jìn)行中斷或降損
針對(duì)燃燒危害：
· 預(yù)防，中斷和降損有效結(jié)合
· 主動(dòng)防護(hù)，阻止過充，短路，過熱等濫用情況，避免危害發(fā)生
· 良好的結(jié)構(gòu)防護(hù)，保護(hù)電池在撞擊，擠壓，穿刺，跌落等情況下的安全性
· 良好的散熱能力，降低內(nèi)部熱累計(jì)速度，避免熱失控
· 內(nèi)部組件的著火點(diǎn)溫度閾值足夠高，提高危害發(fā)生的門檻
· 防火槽，隔熱材料，導(dǎo)火導(dǎo)熱裝置等中斷火災(zāi)蔓延路徑，阻止連鎖反應(yīng)
· 阻燃材料，降低燃燒損害
· 采取危險(xiǎn)源檢測(cè)與主動(dòng)滅火裝置
