如何給鋰離子電池「熱失控」安裝煞車！

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Proveïdor de centrals portàtils

熱失控是鋰離子電池使用過程中最嚴重的安全事故。 而熱失控往往是由於鋰離子電池內部隔膜被破壞，或是隔膜斷裂，或是電池外部發生短路而造成的。 其產生大量的熱，引發正負極活性物質及電解液的破壞，造成鋰離子電池失火和爆炸，嚴重威脅使用者的生命財產安全。

因此，在動力鋰電池的安全檢測中，一般都會對鋰離子電池進行要求，而鋰離子電池則要求通過過充、過壓、短路以及擠壓、針刺等測試，但隨著動力鋰電池能量密度以及電池容量的不斷提高，電池通過針刺測試變得越來越困難，因此在工業和信息化部公佈的《電動汽車用鋰離子功率要求》中並未實施蓄動力針測試。 但新版的要求與針灸測試無關。 後續將無法恢復。

如果廠商推出的大容量、高能量密度動力鋰電池能夠順利通過針刺試驗，那麼在競爭中將具有重要意義。 優點。 今天我們就來聊聊那些給鋰離子電池「煞車」失去「煞車」的技術。

1. 電解液阻燃劑電解液阻燃劑是降低電池熱失控非常有效的方法，但是這些阻燃劑往往會對鋰離子電池的電化學性能產生嚴重的影響，因此在實際使用中很難採用。 為了解決這個問題，美國加州聖迭戈的宇橋團隊[1]將阻燃劑DBA（二芐胺）儲存在膠囊包裹的情況下，分散在微膠囊的內部，不會對鋰離子電池的電性能造成影響，但是當電池受到擠壓破壞時，這些膠囊內的阻燃劑就會釋放出來，對電池“有毒”導致電池失控的電池失效。

2018年宇橋團隊[2]再次利用上述技術，採用乙二醇和乙二胺作為阻燃劑，在鋰離子電池內部裝入阻燃劑後，在針刺試驗中電池的耐久性下降了70%。 大幅降低鋰離子電池熱失控風險。 以上所說的方式都是自毀的，也就是一旦使用阻燃劑，整個鋰離子電池就會報廢，而日本東京大學的Atsuoyamada團隊[3]開發出了一種具有鋰離子電池特性的阻燃電解液，該電解液採用高濃度的NaN(SO2F)2(Nafsa)或LiFSA(SO2F)2(LIFSA)作為鋰鹽，並添加了常見的金屬阻燃劑。

酯類TMP使鋰離子電池的熱穩定性有了明顯提高，功效如虎添翼。 阻燃劑的加入不會影響鋰離子電池的循環性能，電池採用此電解液可穩定循環1000次以上（C/5循環1200次，容量保持率95%）。 透過添加劑，使鋰離子電池具有阻燃性能，是阻止鋰離子電池熱失控的途徑之一，而有些人則有另外一種方法，試圖從根源上杜絕鋰離子電池發生短路的情況，從而達到撿壺底的目的。

徹底杜絕熱失控現象的發生。 對於動態鋰電池在使用過程中可能會遭遇劇烈撞擊的情況，美國橡樹嶺國家實驗室的加布里埃爾· Veith 設計了一種具有剪切增稠特性的電解質 [4]，它利用了非牛頓流體的特性。

在正常狀態下，電解質呈現液態，但當遇到突然的衝擊時就會異常變成固態，甚至可以達到防彈的效果。 從根源杜絕了動力鋰電池在碰撞過程中，電池內部產生熱損失的風險。 2.

電池結構帶我們看看熱失控是怎麼產生的，目前的鋰離子電池目前在結構設計上都考慮到了熱失控的問題，例如在18650的上蓋。 一般都有洩壓閥，在熱失控的時候可以釋放電池內部的壓力。 二電池上蓋內的正溫度係數材料PTC，當熱損失溫度升高時，其熱損失明顯增加。

減少電流以減少熱量。 另外，單體電池結構設計時考慮了正負極之間的短路設計，以及故障、金屬物質等因素，引發安全事故。

第二，在電池設計的時候，會採用更安全的隔膜，例如在高溫下自動穿梭的三層複合隔膜，但近年來，隨著電池能量密度的不斷提高，三層複合隔膜已經被逐漸淘汰的陶瓷塗層隔膜，陶瓷塗層可以起到支撐隔膜的作用，減少隔膜在高溫下的收縮，提高鋰離子電池的熱穩定性，降低鋰離子電池失控的風險。 3. 電池組熱安全設計動力鋰電池在使用中經常採用，數百甚至數千個電池並聯組成，如特斯拉Model 3的電池組就由7000多個電池並聯組成。

對於18650組成的電池來說，如果其中一個電池出現問題，可能會蔓延至整個電池組，造成嚴重後果。 例如2013年1月，美國波士頓日本航空的一架波音787客機，根據美國國家運輸安全委員會的調查，由於電池組中一塊75AH方形鋰離子電池故障。 失控後，鄰近電池熱失控現象凸顯。

事件發生後，波音公司要求採取措施，在所有電池組上增加熱失控擴散裝置。 為了防止鋰離子電池內部熱失控，美國AllCelltechnology公司開發了一種基於相變材料的鋰離子電池熱失控隔離材料[5]。 PCC材料填充於單體鋰離子電池之間，在鋰離子電池組正常工作的情況下，電池組的熱量能夠透過PCC材料快速傳導至電池組內部，而當鋰離子電池熱量損失時，PCC材料能夠透過其中的石蠟材料熔化吸收大量的熱量，阻止電池溫度進一步升高，進而阻止熱失控在電池組內部蔓延。

在針刺試驗中，由18650電芯封裝而成的電池組，在沒有PCC材料的情況下，最終會導致電池組中20個電芯中，有一個電芯出現熱失控。 在電池組中，一個電池熱失控不會引發其他電池組。 鋰離子電池熱失控是我們最不願意看到的安全事故之一，強有力的預防，提高鋰離子電池的安全性，防止熱失控，需要從電池配方設計、結構設計和電池組熱管理設計等方面進行。

上管下方，共同改善鋰離子電池的熱穩定性，降低控制熱損失的可能性。 .