锂离子电池组发热失控原因
动力锂电池工作后是必然要发热的,常态下是可控的,但是非常态下会失控。假如失控,必然会发生火灾。技术上必须要搞清楚,对失控原因分析是必须的。归纳起来,有内、外2个方面的基本原因:
(1)外因:过充电触发热失控、外力导致热失控、过热触发热失控;
(2)内因:电池内部短路触发热失控。
参与热失控反应的是锂离子电池中的氧化钴化学物。加热这种化学物达到一定温度,它就开始自发热,然后发展成起火和爆炸。在某些情况下,这种有机电解液释放压力会导致电池破裂。假如暴露在高温环境下,或者是遇到火花,它也有可能会燃烧。
从本质上而言,热失控是一个能量正反馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热升高温度,这又反过来又让系统变得更热。热失控是很常见的现象,从混凝土养护到恒星爆炸,都有可能会出现热失控。
热失控现象及其强度与锂离子电池组的大小、配置和电池单元的数量有关。小型锂离子电池组只有几个锂离子电池单元,所以热失控从有问题的电池单元传播到其他单元的机会相对较低。而波音787巨大的电池组就是另外一回事了:它们装在密封的金属盒里,不能排放余热,当一个电池单元热到足以点燃电解质时,其余的电池单元就会迅速跟进。
电池充电时,金属锂的表面沉积非常容易聚结成枝杈状锂枝晶,从而刺穿隔膜,造成正负极直接短路。而且,金属锂非常活泼,可直接和电解液反应放热,其熔点又很低,即使表面金属锂枝晶没有刺穿隔膜,只要温度稍高,金属锂就会溶解,从而引发短路。材料发生氧化还原热反应的温度越高,表明其氧化能力越弱,正极材料的氧化能力越强,发生反应就越剧烈,也越容易引发安全事故。