锂电池的热失控及技术分析
锂电池热失控的过程
锂电池热失控的过程锂电池是目前应用最广泛的电池之一，其具有高能量密度、长寿命等优点，被广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
然而，随着锂电池规模化应用的不断推进，锂电池热失控的问题也逐渐凸显。
锂电池热失控，是指在电池充电或放电时，由于电池内部产生的热量无法及时散发，导致电池温度不断升高，最终导致电池内部化学反应失控，引发火灾或爆炸等严重后果。
锂电池热失控的过程可以分为三个阶段：热失控前期、热失控加速期和热失控终止期。
热失控前期，是指锂电池内部开始出现局部过热现象，但尚未引发化学反应失控。
此时，电池内部的高温区域会不断扩大，导致电池内部的化学反应速率加快，进而加剧内部温度的升高。
如果此时不能及时采取有效措施，电池就会进入热失控加速期。
热失控加速期，是指电池内部的化学反应速率和温度同时急剧升高，电池内部的能量密度也会迅速增加。
此时，如果电池内部的温度超过了一定的阈值，就会引发化学反应失控，导致电池发生爆炸或着火等严重后果。
热失控终止期，是指在化学反应失控后，电池内部的温度和压力会急剧升高，但随着电池内部能量的逐渐释放，温度和压力也会逐渐降低，最终趋于稳定。
为了避免锂电池热失控的发生，我们可以从以下几个方面入手：1. 选择合适的电池材料和结构，以提高电池的耐高温性能和安全性能。
2. 加强电池的设计和制造过程控制，确保电池的质量和一致性。
3. 采用适当的充放电策略，以降低电池内部的温度和化学反应速率。
4. 配备有效的温度和压力监测系统，及时发现电池内部的异常情况。
5. 配备有效的安全保护系统，以避免电池热失控后的严重后果。
锂电池热失控是一个复杂的过程，需要我们从多个方面入手，才能有效避免电池的安全问题。
随着电池技术的不断发展，相信我们能够找到更加有效的方法，保障电池的安全和可靠性。
电池热失控解决方案(3篇)
第1篇一、引言随着电动汽车、移动通信设备等产业的快速发展，电池作为关键能源载体，其安全性能日益受到关注。
电池热失控是电池安全性的主要隐患之一，一旦发生热失控，可能导致电池燃烧、爆炸等严重后果。
因此，研究电池热失控解决方案具有重要意义。
本文将从电池热失控机理、现有解决方案及其优缺点等方面进行探讨。
二、电池热失控机理电池热失控是指电池在充放电过程中，由于内部化学反应异常、材料缺陷、外部环境等因素，导致电池温度迅速升高，最终引发电池燃烧、爆炸等安全事故。
电池热失控机理主要包括以下几个方面：1. 内部化学反应异常：电池在充放电过程中，正负极材料与电解液发生化学反应，产生热量。
当反应异常时，如活性物质脱落、界面反应失控等，会导致电池温度升高。
2. 材料缺陷：电池材料存在缺陷，如孔隙率过大、晶界缺陷等，会导致电池内部短路，产生大量热量。
3. 外部环境因素：电池在高温、高湿、高电流等恶劣环境下，容易发生热失控。
4. 设计缺陷：电池设计不合理，如电池结构、散热系统等，会导致电池在充放电过程中产生大量热量。
三、电池热失控解决方案1. 材料改进（1）正负极材料：选用高能量密度、高稳定性的正负极材料，如磷酸铁锂、三元材料等，降低电池内部反应产生的热量。
（2）电解液：选用低热稳定性、高离子电导率的电解液，降低电池内部电阻，减少热量产生。
（3）隔膜：选用高强度、耐高温的隔膜，提高电池的安全性。
2. 电池结构设计（1）电池包结构：采用模块化设计，将电池单元进行合理组合，降低电池内压，提高散热性能。
（2）电池散热系统：设计高效的散热系统，如水冷、风冷等，将电池产生的热量及时散发出去。
3. 电池管理系统（BMS）（1）电池温度监测：实时监测电池温度，一旦发现异常，立即采取措施，降低电池温度。
（2）电池电压、电流监测：实时监测电池电压、电流，防止电池过充、过放，降低电池热失控风险。
（3）电池状态估计：根据电池电压、电流等参数，估算电池剩余容量、健康状态等，为电池安全运行提供依据。
大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究
extremely uneven and changes rapidly before and after thermal runaway. In such thermal runaways, it is
大型磷酸铁锂电池高温热失控模拟研究
梅文昕 1，段强领 1，王青山 2, 3，李
妍 2, 3，李
欣 4，朱金大 4，王青松 1
（1 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026；2 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，江苏
南京 210008；3 国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210024；4 国网电力科学研究院有限公司，
的热失控特征和温度分布。研究结果表明在 140 ℃和 145 ℃时电池未发生热失控，其他工况下电池均发生热失
控，且环境温度越高，电池发生热失控的时间越早，温升速率加快。此外，通过对热失控各副反应分解浓度分
析得知，未发生热失控情况下只发生了 SEI 膜和负极的分解反应，而正极与电解液的反应是造成电池热失控的主
(c) 网格
Fig.2 The (a) configuration; (b) geometry and dimension,
控研究还比较缺乏。特别是，对于大型磷酸铁锂电
池的高温热失控行为特征、内在机制的认识更是严
重不足。鉴于此，本文选取大型磷酸铁锂电池
(109 A·h)为研究对象，对其建立不同加热温度下的
图 1 锂离子电池热失控各副反应历程
Fig.1 The process of thermal runaway side reactions of
锂离子动力电池系统热失控检测方法和技术综述
[基金项目]广州汽车集团汽车工程研究院技术创新项目(X J G -X N -0)收稿日期:2021-09-16;修回日期:2021-10-30作者简介:李恺翔(1990—),男,山西太原人,博士,主要从事新能源汽车电池系统研究,E-m ai l :s xt yl kx@ 。
通信作者:王珺瑶(1990—),女,山西太原人,博士,主要从事储能和低碳技术研究,E-m ai l :w angj unyao_hkus t @ 。
*锂离子动力电池系统热失控检测方法和技术综述李恺翔1,2,王珺瑶3,李士戎4(1.广州汽车集团汽车工程研究院,广东广州510640;2.广汽埃安新能源汽车有限公司,广东广州511434;3.中山大学低碳科技与经济研究中心,广东广州510006;4.山西省消防救援总队,山西太原030001)文章编号:1674-9146(2021)11-042-06当前,新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展,汽车与能源、交通、信息通信等领域的相关技术加速融合,电动化、智能化、网联化成为汽车产业的发展潮流和趋势。
汽车产品形态、交通出行模式、能源消费结构正在发生深刻变革,为新能源汽车产业提供了前所未有的发展机遇。
可以预见,新能源汽车将成为全球汽车产业转型发展的主要方向和促进世界经济持续增长的重要引擎。
目前,电动汽车动力电池向高能量密度和超级快充技术发展,随之带来更高的热负荷对电池系统设计提出新的挑战,同时电动汽车热失控导致消费者对电池的安全焦虑日趋严重。
电动汽车安全全球技术法规(EV S-G TR )和我国工业和信息化部发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》均提出强化安全监测及预警功能,在发生热失控时需向乘员发出热事件预警并提示离车[1]。
为最大程度避免或减少热失控事故的发生,需要利用传感器技术对电池工作状态进行实时监控和检测。
根据电池正常工作状态和异常产热状态各物理量变化,目前常用的检测信号有电压、温度、烟雾、特征气体、气压等,还有声学、膨胀力等前沿检测方法。
eis电化学阻抗谱在锂电池热失控方面研究的作用 解释说明
eis电化学阻抗谱在锂电池热失控方面研究的作用解释说明1. 引言1.1 概述锂电池是当前最常用的可充电电池之一，广泛应用于移动通信设备、电动汽车和可再生能源储存装置等领域。
然而，由于锂电池在使用过程中可能发生热失控现象，导致严重的安全问题和性能下降，因此研究锂电池的热失控机理和寿命预测技术具有重要意义。
1.2 文章结构本文将首先介绍锂电池热失控概念和危害，并梳理目前该领域的研究现状。
接着，详细介绍了eis（electrochemical impedance spectroscopy）电化学阻抗谱的基本原理以及其在锂电池中的应用概况。
然后，我们将讨论eis方法参数及数据解析技术。
最后，我们将分析eis在锂电池热失控方面的作用，并探讨其在热失控前期特征检测、寿命预测和可靠性分析方面的潜力。
最后，文章将给出结论总结并展望未来的问题和发展方向。
1.3 目的本文的目的是通过综合分析已有研究成果，探讨eis电化学阻抗谱在锂电池热失控方面的作用。
通过对eis技术的介绍和分析，我们希望能够增进读者对锂电池热失控机理的理解，并展示eis在寿命预测和可靠性分析方面的价值。
此外，我们还将提出未来发展方向，以指导相关研究工作的进行。
2. 锂电池热失控概述2.1 锂电池基本原理锂电池是一种将化学能转化为电能的装置，其工作原理是通过正负极之间的离子移动实现。
在充放电过程中，锂离子在电解液中自由迁移，从负极通过电解液到达正极，并在正极与活性材料发生反应。
这个过程实现了锂离子的储存和释放。
2.2 热失控的定义与危害热失控是指在特定条件下，锂电池内部产生异常反应或不可逆反应而导致温度急剧升高的现象。
当锂电池出现热失控时，可能会引发火灾、爆炸等严重事故，对人身安全、环境和财产造成巨大风险。
2.3 热失控机理研究现状关于锂电池热失控机理的研究主要集中在以下几个方面：首先是材料层面的研究，包括正负极材料、电解液以及隔膜等。
这些材料的物化性质和结构对锂电池的热失控行为起到重要影响，因此通过研究材料特性和相互作用，可以揭示热失控的机理。
锂离子电池热失控与火灾危险性分析及高安全性电池体系研究
锂离子电池热失控与火灾危险性分析及高安全性电池体系研究锂离子电池热失控与火灾危险性分析及高安全性电池体系研究随着科技的不断发展，锂离子电池作为一种高能量密度的电力源得到了广泛应用，尤其是在移动通信领域和电动车领域。
然而，锂离子电池在使用过程中存在着一定的安全风险，特别是其热失控和火灾的危险性引起了人们的关注。
因此，研究锂离子电池的热失控机制并提出高安全性电池体系已成为当今能源研究的重点之一。
首先，我们来分析锂离子电池热失控和火灾的危险性。
锂离子电池的热失控是指在极端条件下，电池内部的温度迅速上升并进一步引发热反应，导致电池的结构损坏。
这种热失控的原因可以归结为热失控源和热失控路径两个方面。
热失控源包括电池内部的热点、缺陷以及外部因素的干扰等，而热失控路径主要由于电池内部的热量传导、热辐射和热对流等方式引起。
在热失控的基础上，锂离子电池面临火灾的危险。
当电池内部的温度超过一定程度时，电解液中的有机溶剂会产生热分解，不仅会产生大量的热能，还会产生可燃气体、有毒气体和易燃液体，进而加剧火势的蔓延。
此外，电池的结构损坏还可能导致电极材料与空气中的氧气相互反应，进一步扩大火灾的范围和危害。
为了解决锂离子电池的热失控和火灾问题，研究人员提出了一系列的高安全性电池体系。
例如，采用非可燃性电解液来替代传统的有机溶剂电解液，降低了电池的燃烧性能。
同时，还可以改变电池结构，将火灾蔓延的速度减缓到安全的程度。
此外，还可以引入温度传感器和控制系统，通过及时检测和调节电池温度，降低热失控和火灾的风险。
此外，研究高安全性电池体系还需要从电池材料和制备工艺两个方面进行。
首先，需要研究和开发新型的电池材料，具有良好的热稳定性和高安全性。
例如，通过改变电池正负极的材料组成和结构设计，可以提高电池的热失控温度，并降低热失控的危险性。
其次，制备工艺的改进也是关键。
精确控制电极材料的浓度、厚度和铺展方式，能够增强电池的热传导和热辐射能力，从而提高电池的热失控抵抗能力。
锂离子电池热失控
锂离子电池组热失控传播研究
Kizilel Riza, Sabbah Rami, Selman J. Robert, et al. An alternative cooling system to enhance the safety of Li-ion battery packs. Journal of Power Sources, 2009, 194: 1105-1112.
主动喷淋热交换方式控制电池组热失控传播
锂离子电池组热失控传播控制技术
PANASONIC US 20150010794A1
锂离子电池组热失控传播控制技术
AC PROPULSION US 20110091749A1
锂离子电池组热失控传播控制技术
控制办法
1.降低热失控电池对周边电池热影响的热失控传播控制技术
热隔离方式控制电池组内热失控的传播 高温喷射物质疏导方式控制电池组内热失控的传播 2.快速带走热失控电池释放热量的热失控传播控制技术 被动热传导方式控制电池组内热失控传播
主动喷淋热交换方式控制电池组内热失控传播
锂离子电池组热失控传播控制技术
INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE US 20110159340A1
锂离子电池组热失控传播研究
Kizilel Riza, Sabbah Rami, Selman J. Robert, et al. An alternative cooling system to enhance the safety of Li-ion battery packs. Journal of Power Sources, 2009, 194: 1105-1112.
锂离子电池组热失控传播研究
新能源锂电池热失控监测和防护技术的应用
新能源锂电池热失控监测和防护技术的应用摘要：本文首先介绍了新能源市场的锂电池应用情况及安全事故现状，并通过对锂离子电池热失控后状态的详细分析，给出了锂电池热失控监测的关键传感器选型和判定方法。
同时根据锂电池完全热失控状态下的热扩散机理，筛选出了最适合锂电池火灾抑制的有效灭火剂。
最后针对锂电池的应用场景，提出了锂电池热失控监测和防护技术的必要性。
关键词：锂离子电池、热失控监测和防护、全氟己酮引言：在国家新能源汽车发展战略实施的大背景下，动力锂电池迎来发展大机遇。
但是由于电池包电芯数量多、热失控诱因多，较长周期使用极易发生热失控，同时因电池包在车辆上的安装空间有限，高速工作时产生热量累积，会造成各处温度不均匀从而影响电池单体的一致性，降低电池充放电效率，严重时还将导致热失控，影响电池安全性与可靠性。
近年来新能源汽车火灾事故频发，据不完全统计，2019年全国发生新能源汽车火灾560余起，2020年前三季度已达700起，其中动力电池事故起火占比70%以上，随着动力电池能量密度加大，火灾破坏力也在成倍增加。
公共安全形势十分严峻，新能源城市客车承担着巨大的客流运输，一旦蓄电池系统出现自燃或爆炸，会产生极其恶劣的社会影响。
因此，锂离子蓄电池系统安全防控管理刻不容缓。
1.锂离子电池热失控监测技术目前针对锂离子电芯热失控的监测主要是通过传感器监测电芯安全阀打开后释放出来的特征气体来实现的。
锂离子电池负极材料、电解液溶剂、隔膜和粘结剂多为有机物，导致电池热失控极易生成CO2、CO和烷烃类气体。
通过各气体组分浓度释放气体量之间关系可见，电池热失控产生的气体主要为CO2、CO、H2和C2H4等多种烷烃，其中CO2、CO和H2三种气体占据总气体组分的绝大多数(图15a)。
更为重要的是，各气体组分浓度同释放的气体总量无关。
针对这三种常规气体我们通过分析对比选择其中一到两种作为锂电池火灾早期预警的特征气体。
正常大气中H2浓度小于0.8ppm，热失控时产生大量的H2，可以作为锂电池热失控早期特征气体监测，但是目前市场上用于H2检测的传感器非常少（以半导体传感器为主）而且价格偏高，不利于技术的推广；正常大气中CO浓度小于2.4ppm，热失控时产生大量的CO充斥在电池箱内，很容易超过200 ppm，环境的干扰因素很低，同时CO也属于易燃易爆气体，因此选择监测锂电池箱内CO浓度变化，是判断锂电池火灾最佳依据。
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总结和展望
1. 热失控的反应十分复杂，大体来说，SEI膜的分解给予电池初始 的热量积累，导致隔膜的熔断分解，由此带来正负极和电解液、 电解液自身的放热、产气反应。 2. 在反应过程中的任何步骤改善都能带来更高的热稳定性和电池 安全性：
① 比如对SEI膜进行界面改造，可以提高初始放热温度；
② 比如陶瓷隔膜更高的熔断温度、更低的内阻； ③ 比如更优良的散热方式，特别是相变材料散热。 3. 这些技术都能增加电池热稳定性，给新能源汽车的未来保驾护 航。
产生。
热失控的影响因素1
① 充放电倍率 充放电倍率越高，电流越大，内阻越大，产热越高。所以在 高倍率充电时候，电池生热速率更快，如果散热体系没有及 时排出热量，产热将会逐步堆积。 ② 内阻
内阻的形成原因和功率输出、DOD、温度等有关，内阻越大，
电效率降低，产生更多的热量堆积。特别是在SOC低于20%的 时候，内阻急剧升高，此时需要降低电池输出功率，保护电 池安全。
热失控的状态研究2
3. 155摄氏度以后 隔膜熔断之后，温度迅速升高，期间负极和电解液反应、正极 与电解液反应、电解液自身分解，材料不同，反应顺序不同， 反应温度也不同。热失控的判断标准是电池表面达到100℃， 由隔膜熔断，正负极短路，电池表面很快达到300℃，最高升
温速率达到220℃/min，反应十分剧烈，电池因此起火爆炸燃
热失控的影响因素2
③ 容量 电池容量越大，电化学反应越多，产热越多。需要的散热功 率越大，如果散热不能满足，产热会越积越多。 ④ 环境温度 环境温度越高，导致部分风冷热交换系数越低，效果越差。
特别是大பைடு நூலகம்量纯电动汽车，风冷很难满足散热需求了。
⑤ 散热方式 为了避免热失控，通过风冷、液冷和相变材料等的散热的方 式，不同的散热方式效果不同，但今天我们只是研究引发热 失控的原因，究其原理，才能对症下药。
锂电池的热失控及技术分析
电池过热恶性循环
不同温度下电池的放电效率不同，通常18℃~45℃下磷酸铁锂电池的效率能在80% 以上，温度越高，效率越低，浪费的效率形成更多的产热，导致恶性循环——越 低的功率，越高的温度。 高温对电池极为有害，不仅影响电池使用寿命，还可能危及电池安全。
热失控事件
1. 2013年1月，美国发生两起波音787充电锂电池过热冒烟事故。 2. 2013年10月，西雅图一辆高速行驶的特斯拉，被路面硬物刺中电池组，车主 提前20分钟收到感应器的警报而弃车。这是由于电池被刺穿短路而引起的热 失控。 3. 2015年4月，深圳湾口岸加电站内，一辆深圳电动大巴起火。这是由于电池 高倍率充电而引起的热失控。
1. 定义：热失控属于BMS中热管理失控的状态，电池在充放电使用 下，会因为各种内部电化学反应产生热量，如果没有良好的散 热体系，产热在电池内部堆积，逐渐出现功率降低，甚至出现 爆炸燃烧等危险情况，这就是热失控。 2. 产生原因：电池产热受充放电倍率、内阻、放电深度DOD、当前
SOC、容量等内在因素和环境温度、散热方式等外在因素影响而
就有一辆车起火。特斯拉的总驾驶里程为 1 亿英里，有了第一起起火事
件，燃油车遭遇起火的概率 5 倍于特斯拉。 而累计 6 次起火后，特斯拉 的起火概率似乎与燃油车扯平。似乎也能说的过去。
③ 但是为了长久新能源车的发展，更好的保障电动汽车和生命财产的安全，
电池的热失控已经当下成了一个研究热点。
热失控定义及产生原因
热失控的状态研究1
参与热失控反应的有SEI膜分解、正负极以及电解液，当电池热量 逐步堆集，以下以钴酸锂为参考。 1. 80摄氏度 电池温度升高到80℃时候，负极SEI膜分解放热，进一步增加 电池产热速率；
2. 135摄氏度
135℃并不是一个确定的值，而是表示隔膜熔断温度。图中， 131.24℃有一个吸热峰，隔膜吸热熔断，正负极短路，后续便 产生更激烈的放热反应。
4. 2015年7月，厦门港务大厦旁的东渡公交停车场内，有11辆公交车遭到火烧。
5. 2015年10月，美国出现10多起扭扭车起火爆炸事件。这是由于电池过充引起 的热失控。
6. 挪威一辆特斯拉在超级充电站充电时突然起火。这是由于低温、高倍率充电
引起的热失控。
热失控给行业的困扰
1. 2. 安全隐患：这些事故给行业造成很大的困扰。 大势所趋： ① 有些专家解释称电动汽车取代燃油车是大势所趋，不能因为几次意外而 否定新能源车。 ② 特斯拉Elon Musk也引用了这样一组数据解释：美国每年有 15 万起汽车 着火事件，而美国人每年的驾驶总里程是 3 万亿英里，即每 2000 万英里