蓄电池热失控机理

蓄电池热失控

蓄电池热失控的定义：蓄电池热失控是指蓄电池在充电时，随着电池温度的上升引起充电电流增加、电解液分解而进一步造成电池温度升高的一种正反馈增强过程而导致电池迅速损坏甚至出现严重的臌胀、外壳变形现象。

蓄电池出现热失控的机理：

所有二次电池的内部化学电动势以及电解液的电阻都呈随温度升高而下降的特性，因此一旦极板生成的热量产生累积引起温度升高，蓄电池对于充电器的抵抗力将减小，会进一步导致充电电流上升，产生更显著的热效应。在一个实际的运行环境中，如果新的热平衡温度会超过电池自身结构的承受能力，则蓄电池将在一个相对快的升温过程中损坏蛮严重时甚至会由于隔板破裂引起内部短路甚至爆炸（锂电池）。

蓄电池热失控是否普遍：如上所述，任何一种二次电池（铅酸、氢镍、镉镍、锂电）都存在出现热失控的风险，但以阀控式电池和富液式电池来对比，阀控式电池出现热失控的案例数量远高富液式蓄电池（酸性或碱性电池均是如此），原因在于于阀控电池在充电时内部的氧循环过程（正极产生的氧气流向负极，氧气扩散到负极重新被负极材料吸收）是一个有着显著热效应的氧化-循环反应：

①由于氧循环的存在，使阀控式蓄电池充电后期产生的热量多于富液型铅酸蓄电池。

②为了确保氧循环的，阀控式电池内部存在空隙，因此内部传导热阻高于富液式电池。

③为了确保氧循环的，阀控式电池内部存在空隙，因此热容量低于富液式电池。

铅酸蓄电池常见故障分析及处理方法

铅酸蓄电池常见故障分析及处理方法 常见故障不良现象故障产生的原因故障的处理方法 蓄电池充电不足1.静止电压低 2.密度低，充电结束后达不 到规定要求 3.工作时间短 4.工作时仪表显示容量下降 快 1.充电器电压、电流设置 过低 2.初充电不足 3.充电机故障 1.调整，检修充电 器 2.蓄电池补充充电 3.严重时需更换新 电池 蓄电池过充电1.注液盖篓色泽变黄，变红 2.外壳变形 3.隔板炭化、变形 4.正极腐蚀、断裂 5.极柱橡胶套管上升、老 化、开裂 6.经常补水，充电时电解液 浑浊 1.充电器电压，电流设置 过高 2.充电时间过长 3.频繁充电 4.放电量小而充电量大 5.充电机故障 1.调整，检修充电 器 2.调整充电制度 3.严重时需更换新 电池

铅酸蓄电池热失控故障分析 当电池处于充电状态时，电池温度发生一种积累性的增强作用。当增温过程的热量积累到一定程度，电池端电压会突然出现降低，迫使电流骤然增大，电池温度高升而损坏蓄电池的现象称之为热失控。 1.故障现象 充电时特别到了末期，充电器不转绿灯，同时电池严重发热，如果测量充电电流会发现电流很高可达到2A或2A以上。发热严重时，析气压力过高，会导致电池壳受热变形，直至电池报废。 2.故障产生原因 ⑴电池失水 失水后，蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之与正负极板的附着力变得很差，内阻增大，充放电过程中发热量加大。经过上述过程，蓄电池内部产生的热量只能经过电池槽散热，如散热小于发热量，即出现温度上升现象。温度上升，使蓄电池析气过电位降低，析气量增大，正极大量的氧气通过“通道”，在负极表面反应，发出大量的热量，使温度快速上升，形成恶性循环，即所谓的“热失控”。最

锂离子电池或电池组热失控综合检测系统的制作流程

本技术新型属于锂离子电池技术领域，特别是一种锂离子电池或电池组热失控综合检测系统。系统包括防爆试验室、模拟电池箱、热失控引发装置、电池热解气体采集装置、电池箱内温度与压力在线测量与记录系统、电池热失控视频记录装置；热失控引发装置通过导电柱与模拟电池箱相连，电池热解气体采集装置与模拟电池箱相连，电池箱内温度与压力在线测量与记录系统与模拟电池箱相连。本申请的系统能够观察记录不同环境氛围、不同热失控引发条件下锂离子电池组失控效应参数变化，以及对气体产物的收集，能够探索电池组内某块电池发生热失控后对电池组内其他电池的影响等。 技术要求 1.一种锂离子电池或电池组热失控综合检测系统，其特征在于，所述系统包括防爆试验室(1)、模拟电池箱(2)、热失控引发装置、电池热解气体采集装置、电池箱内温度与压力在线测量与记录系统、电池热失控视频记录装置； 其中，所述热失控引发装置通过导电柱(19)与所述的模拟电池箱(2)相连，所述导电柱(19)与模拟电池箱(2)的密封盖通过密封结构实现密封，所述的电池热解气体采集装置与所述 模拟电池箱(2)相连，所述的电池箱内温度与压力在线测量与记录系统与所述的模拟电池 箱(2)相连，所述模拟电池箱(2)、电池热解气体采集装置、电池箱内温度与压力在线测量与记录系统中的测量部分、电池热失控视频记录装置放置在防爆试验室(1)内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述导电柱(19)与模拟电池箱(2)的密封盖之间实现密封连接的密封结构包括两个梯形绝缘块和两个螺母，两个梯形绝缘块的截面呈等腰梯形，两个绝缘梯形块为等腰梯形较短的上底相邻的布置，且上下套装在导电柱(19)的外周，密封盖上设置有形状与绝缘梯形块相匹配的通孔，两个梯形绝缘块等腰梯形较长的下底通过螺母紧固，导电柱(19)上设置有与螺母相匹配的螺纹。 3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模拟电池箱(2)由满足材料强度和可燃性要求的材料制备，模拟电池箱(2)包括样品池和密封盖，样品池和密封盖之间设置橡胶垫片，样品池和密封盖由均布在四周的螺栓组实现夹紧密封；所述样品池其中之一的侧面设有圆形防爆玻璃窗，所述密封盖上还设置有温度传感器接口和多个气孔，电池或电池组放置在模拟电池箱(2)内。 4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热失控引发装置为过热式，包括调压仪(16)、导电柱(19)和加热带(17)；所述加热带(17)包裹在电池或电池组的外周，加热带(17)与导电柱(19)的下端相连，导电柱(19)的上端与调压仪相连，通过调压仪(16)调整加热带(17)的加热速率，对电池或电池组进行加热。 5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热失控引发装置为过充式，包括充放电循环测试仪(18)和导电柱(19)，所述充放电循环测试仪(18)与整个系统的控制系统(13)相连，所述导电柱为两个，两个导电柱(19)下端分别通过电线与电池的正、负极相连，两个导电柱(19)的上端通过导线与充放电循环测试仪(18)上的测试通道相连，通过充放电循环测试仪(18)对电池进行过充直至电池发生热失控。 6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于，电池热解气体采集装置包括过滤装置(7)、单向阀(8)、气体采集袋(9)、球阀Ⅱ(10)和真空泵(11)； 电池热解气体采集装置通过连接管路和密封盖上的气孔相连，气孔通过连接管路与三通Ⅱ的一端相连，气孔和三通Ⅱ之间依次设置过滤装置(7)和单向阀(8)，三通Ⅱ的另一端连接气体采集袋(9)，三通Ⅱ的第三端通过球阀Ⅱ(10)连接真空泵(11)。 7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，采用红外气体分析仪代替气体采集袋(9)，实现气体的在线分析。

锂电池热失控

锂电池热失控 安全性问题安全性问题一直是动力锂离子电池研发生产的头号难题，随着电池起火、爆炸事故频现报端，动力锂电池安全问题再次被推至舆论的风口浪尖。 有人认为，在动力锂电池安全性问题中，电极材料中的正极材料是关键，也是引发锂离子动力电池安全隐患的主要原因；也有人指岀，动力锂电池发展到今天，正极材料已经足够满足其安全性需求了，首要问题可能还不是材料，而是电池的设计。 一位锂电池行业的资深从业者告诉记者，正极材料和电解液的热反应是电池热失控发生的主要原因。 ’ 正极材料尤为关键 ■电池应用在汽车上其实有很多需要考量的安全问题，磷酸铁锂可以解决电池由于材料所造成的安全性 问题。”立凯亚以士总经理杨智伟表示。 记者了解到，在动力锂电池的安全性问题中，电极材料中正极材料尤为关键，也是引发动力锂电池安全隐患的主要原因。 电池材料的热稳定性一直是动力锂电池安全性的重要因素，和负极材料相比，正极材料能量密度和功率密度低，其与电解液的热反应也被认为是电池热失控发展的主要诱因。因此，寻找热稳定性较好的正极材料成为动力锂电池的关键。 一位从业多年的正极材料生产商告诉记者，衡量正极材料的安全性主要在于两个方面：一是看其是否容易在充电时形成枝晶；二是看其发生氧化还原放热反应的温度。 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。 高工锂电产业研究所数据显示，钻酸锂和三元材料具有较强的氧化性，用于动力电池的安全隐患较大， 一般不作为动力电池正极材料使用；锰酸锂和磷酸铁锂的氧化性弱，热稳定性远优于钻酸锂和三元材料，被认为是目前最适合用于动力锂电池的正极材料。 中信国安盟固利技术人员安洪力表示，锰酸锂和磷酸铁锂应用在动力电池的安全系数比较高，两者相较，磷酸铁锂对原材料的一致性要求又更高一点，工艺也更复杂，锰酸锂相对来说，原材料控制得更好一些，所以做电池的工艺相对磷酸铁锂容易一点。” 有业内人士认为，磷酸铁锂能量密度低，重量体积功率低，很难满足动力电池用在汽车上的可持续发展。

锂离子电池热失控原因及对策研究进展

锂离子电池热失控原因及对策研究进展 程 琦，兰倩，赵金星，刘畅，曹元成* （江汉大学光电化学材料与器件教育部重点实验室，化学与环境工程学院，柔性显示材料与技术湖北省协同创新中心，湖北 武汉430056）摘要：综述了高安全型锂离子电池研究的最新进展和发展前景。主要从电解质和电极的高温稳定性方面 介绍了锂离子电池热不稳定性产生原因及其机制，阐明了现有商用锂离子电池体系在高温时的不足，提出开 发高温电解质、正负极修饰以及外部电池管理等来设计高安全型锂离子电池。对开发安全型锂电池的技术前 景进行了展望。 关键词：锂离子电池；热稳定；安全性；阻燃添加剂；固态电解质 中图分类号：TQ152文献标志码：A 文章编号：1673-0143（2018）01-0011-06 DOI ：10.16389/https://www.wendangku.net/doc/9d4728221.html,42-1737/n.2018.01.002 Research Progress of Causes and Countermeasures on Thermal Runaway of Lithium Ion Battery CHEN Qi ，LAN Qian ，ZHAO Jinxing ，LIU Chang ，CAO Yuancheng * （Key Laboratory of Optoelectronic Chemical Materials and Devices of Ministry of Education ，School of Chemistry and Environmental Engineering ，Flexible Display Materials and Technology Co-Innovation Centre of Hubei Province ， Jianghan University ，Wuhan 430056，Hubei ，China ）Abstract ：The recent progress and development prospects of high safety lithium ion batteries were re?viewed in this paper.The writer mainly introduced the reasons and mechanism of lithium ion battery′s thermal instability from the aspects of high temperature stability of electrode and electrolyte.The deficiency of the existing commercial lithium ion battery system at high temperature was explained.The development of high temperature electrolyte ，positive and negative electrode′s modification and external battery management were proposed to design a high security lithium ion battery.Finally ，the writer discussed the expectation of the safety lithium ion battery.Key words ：lithium ion battery ；thermal stability ；security ；flame retardant additive ；solid electrolyte 0引言 锂离子电池因其低成本、高性能、大功率、绿环境等诸多优势，成为一种新型能源的典型代表，广泛应用于3C 数码产品、移动电源以及电动工具等领域。近年来，因环境污染加剧以及国家政策引导， 收稿日期：2017-09-26 基金项目：国家863柔性显示技术（2015AA033406）；湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目（T201318）； 武汉市应用基础研究项目（2015011701011593）；武汉市第4批黄鹤英才计划以及江汉大学科研启动基金 项目（08010001）；江汉大学武汉研究院开放项目（IWSH2016348） 作者简介：程琦（1989—），男，硕士生，研究方向：锂离子电池。 ?通讯作者：曹元成（1979—），男，教授，博士，研究方向：功能材料与器件。E-mail ：yuancheng.cao@https://www.wendangku.net/doc/9d4728221.html, 第46卷第1期2018年2月江汉大学学报（自然科学版）J.Jianghan Univ.（Nat.Sci.Ed.）Vol.46No.1Feb.2018

锂电池热失控

安全性问题安全性问题一直是动力锂离子电池研发生产的头号难题，随着电池起火、爆炸事故频现报端，动力锂电池安全问题再次被推至舆论的风口浪尖。 有人认为，在动力锂电池安全性问题中，电极材料中的正极材料是关键，也是引发锂离子动力电池安全隐患的主要原因；也有人指出，动力锂电池发展到今天，正极材料已经足够满足其安全性需求了，首要问题可能还不是材料，而是电池的设计。 一位锂电池行业的资深从业者告诉记者，“正极材料和电解液的热反应是电池热失控发生的主要原因。” 正极材料尤为关键 “电池应用在汽车上其实有很多需要考量的安全问题，磷酸铁锂可以解决电池由于材料所造成的安全性问题。”立凯亚以士总经理杨智伟表示。 记者了解到，在动力锂电池的安全性问题中，电极材料中正极材料尤为关键，也是引发动力锂电池安全隐患的主要原因。 电池材料的热稳定性一直是动力锂电池安全性的重要因素，和负极材料相比，正极材料能量密度和功率密度低，其与电解液的热反应也被认为是电池热失控发展的主要诱因。因此，寻找热稳定性较好的正极材料成为动力锂电池的关键。 一位从业多年的正极材料生产商告诉记者，衡量正极材料的安全性主要在于两个方面：一是看其是否容易在充电时形成枝晶；二是看其发生氧化还原放热反应的温度。 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。 高工锂电产业研究所数据显示，钴酸锂和三元材料具有较强的氧化性，用于动力电池的安全隐患较大，一般不作为动力电池正极材料使用；锰酸锂和磷酸铁锂的氧化性弱，热稳定性远优于钴酸锂和三元材料，被认为是目前最适合用于动力锂电池的正极材料。 中信国安盟固利技术人员安洪力表示，“锰酸锂和磷酸铁锂应用在动力电池的安全系数比较高，两者相较，磷酸铁锂对原材料的一致性要求又更高一点，工艺也更复杂，锰酸锂相对来说，原材料控制得更好一些，所以做电池的工艺相对磷酸铁锂容易一点。” 有业内人士认为，磷酸铁锂能量密度低，重量体积功率低，很难满足动力电池用在汽车上的可持续发展。

重点讲解锂离子电池热失控分析

锂离子电池热失控分析 锂离子电池因其低成本、高性能、大功率、绿环境等诸多优势，现已成为新能源的典型代表，广泛应用于3C数码产品、移动电源以及电动汽车等领域。随着锂离子电池的不断推广，锂离子电池的安全性越来越受到人们的关注，由于电池本身技术原因或是使用不当等问题都可能会造成锂离子电池爆炸，引起火灾等安全事故。尤其近几年以电动汽车为主的电动交通工具市场对锂离子电池的需求不断加大，在发展大功率锂离子电池体系过程中，电池安全问题引起了广泛重视，存在的问题急需进一步解决。 锂离子电池热失控过程 近几年出现的电池热失控引起的火灾的案例中，都是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。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，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。

锂离子电池热失控过程图 第1阶段：电池内部热失控阶段 电池在80～90℃时是安全的，温度升高到90～120℃之间时 SEI 膜开始分解，释放热量，温度升高。但是当温度达到120～130℃时保护层SEI膜遭到破坏，负极与溶剂、粘结剂反应，温度升高，隔膜融化关闭。温度继续升高至150℃之上后，内部电解质开始进行分解，继续释放热量，进一步加热电池。 第2阶段：电池鼓包阶段 电池温度达到200℃之上时，正极材料分解，释放出大量热和气体，持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解

液发生反应。 第3阶段：电池热失控，爆炸失效阶段 在反应发生过程中，电解液与正极反应产生的氧气剧烈反应并进一步使电池发生热失控。 锂离子电池热失控成因 其实一般电池内短路在电子产品中出现的概率是千万分之一，也就是说平时生活中用到的单个电池安全性相对较高。但是在电动汽车中，一辆电动汽车的电池组需要几千个电池组成，这样发生热失控的概率就由千万分之一上升到千分之一。而且电动汽车的电池一旦发生危险，后果将非常严重，研究电池热失控的成因变得尤为重要。 1生产过程

大容量动力电池热失控中都产生了哪些气体

大容量动力电池热失控中都产生了哪些气 体 锂离子电池在热失控中由于高温会导致负极SEI膜分解、正极活性物质分解和电解液的氧化分解，产生大量的气体，导致锂离子电池内部气体压力急剧升高，引起电池发生爆炸，大量高温、可燃和有毒的气体从电池中释放出来，会严重威胁乘客的人身和财产安全。随着动力电池尺寸和容量的不断增加，热失控释放出的气体往往也会成倍的增加，因此有必要对大容量的动力电池在热失控中释放出的气体的 种类和数量进行详细的分析，以在动力电池组设计和生产中采取相应的防护措施。 近日，德国戴姆勒公司的SaschaKoch等人针对不同容量的动力电池在热失控中释放气体的种类、数量和影响因素进行了详细的分析，研究表明CO2、CO、H2、C2H4、CH4、C2H6和C3H6是锂离子电池热失控中最常见的七种气体，不同气体的浓度与电池容量之间没有相关性。电池的容量与热失控释放的气体总量密切相关，平均每Ah容量会释放1.96L气体。电池能量密度与热失控触发温度有明显的影响，电池体积能量密度每提高1Wh/L，电池热失控触发温度下降0.42℃。

通常而言，热失控产生的气体数量可以通过如下公式进行计算，其中n为气体的摩尔数量，p为气体的压力，V为气体的体积，Rm为理想气体常数，T为绝对温度，这也是目前采用最为广泛的方法，但是实际上热失控过程中气体在密封容器内部也会有非常大的温度梯度，从而导致无法准确的计算气体的体积。 为了解决这一问题，Sascha Koch选择了N2作为标准气体，N2在空气中的含量为78.084%，通常我们认为N2是一种惰性气体，在锂离子电池热失控中不会发生反应，因此我们能够通过对比热失控前后N2的浓度变化计算得到锂离子电池

蓄电池常见的几种故障与解决方法处理!

蓄电池常见的几种故障与解决方法处理！ 1．电池漏液 常见的漏夜现象： 一是上盖与底槽之间密封不好或因碰撞，封口胶开裂造成，二是安全阀渗酸漏液；三接线端处渗酸漏液；四其他部位出现渗酸漏液。 检查与处理方法： 先作外观检查，找出渗酸漏液部位。取开盖板查看安全阀周围有无渗酸漏液痕迹，再打开安全阀检查电池内部有无流动的电解液。完成上述工作之后，若未发现异常，因做气密性检查（放入水中充气加压，观察电池有无气泡产生并冒出，有气泡则说明有渗酸漏液）。最后在充电过程中，观察有无流动的电解液产生，若有则说明是生产原因。充电过程中，有流动的电解液应将其抽尽。 1 2．变形 故障现象 蓄电池变形不是突发的，往往是有一个过程的。蓄电池在充电到容量的80%左右进入高电压充电区。这时，在正极先析出氧气，氧气通过隔板中的孔，到达负极。在负极板上进行氧复活反应：2Pb+O2=2PbO+H2O+Q PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+Q 反应时产生热量，当充电容量达到90%时，氧气发生速度增大，负极开始产生氢气。大量气体的增加是蓄电池内压超过开阀压，安全阀打开，气体逸出，最终表现为失水。 2H2O=H2+O2

随着蓄电池循环次数的增加，水分逐渐减少，结果蓄电池出现如下情况： （1）氧气“通道”变得畅通，正极产生的氧气很容易通过“通道”到达负极。 （2）热容减小，在蓄电池中热容最大的是水。水损失后，蓄电池热容大大减小，产生的热量使蓄电池温度升高很快。 （3）由于失水后蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之与正负板的附着力变差，内阻变大，充放电过程发热量增大。经过上述过程，蓄电池内部产生的热量只能经过电池槽散热。如散热量小于发热量即出现温度上升，使蓄电池析气过电位降低，析气量增大，正极大量的氧气通过“通道”，在负表面反应，发出大量的热量使温度快速上升。形成恶性循环导致“热失控”，发生变形。 故障的检查和处理 一组电池（3只）同时变形，先作电压检查。如果电压基本正常。还应测量单格电压判断是否短路，无短路则说明变形是过充电产生“热失控”所致。应着重检查充电器的充电参数。电压偏高V以上的）无过充保护或涓流转换电流偏低的，要求更换充电器。 2 3．短路 故障现象 电池电压下降2的整数倍 故障的检查和处理 用万用表检测电池单格电压，短路电池报废 4．断路 故障现象 充不进电，放不出电

热失控试验.

阀控式电池的时效特征 内容提要 按照更好地理解不同运行条件下阀控式蓄电池的行为宽范围的实验程序的框架，Fiamm 公司报告了用两种不同48V电池组进行热失控试验的比较。该试验包括一组新电池、一组从通讯用途系统使用了5年的现场取回的电池。试验结果表明随着阀控式电池使用年限的不同对于热失控的敏感性在发生变化。另外也证明了电池排布方式和电池箱对于热管理的作用。 另外还报告了按照Bellcore TR－NWT－001200 试验模式加速时效试验的结果。文章分析了把加速试验背后理论转变成现实的潜在的缺陷，也讨论了减轻高温试验副效应的条件。 通过本文的试验结果，并结合前文报告的内容，使得我们能够对于阀控式电池的时效过程有了一个清晰的了解，明白了所发生变化的确切含义。 引言 前文【1】已经详述，非凡的试验揭示了阀控式电池在其整个使用寿命期间浮充电流的变化方式。在电池寿命的前段时间所吸收的浮充电流要逐渐增加，一般来说在25oC条件下经过大约两年的运行达到峰值。然后随着电池的进一步运行浮充电流减小。前段的增大是由于随着水的逐渐损失、 阀控式电池在寿命的初期对于热失控的敏感性很差。这是可以预料的，因为蓄电池的再化合能力还没有完全形成。由于相对较低的再化合能力，增加充电电流只能会增加水的电解。由此形成的气体释出从电池内带走了部份热量，这样也就减缓了热失控的螺旋式上升速度。 然而当电池接近寿命终止时，由于不可避免的板栅腐蚀和水蒸气通过壳体所导致的水损失将产生下述不必要的负效应： ●隔板孔数量的增加必将导致氧传输能力的相应增大。由此形成的较高的再化合能力意味着氧 循环产生更大量的热； ●电解液量的减少将使得热量从极板的活性物质区域向电池壳的传导更加困难； ●随着电解液比重的升高将会导致更低的比热，进而在极群产生相同的热量时会形成更高的温 升。 随着电池的老化，当有电流通过已经产生一定程度腐蚀的板栅时，以上这些效应并伴随增加的电阻热（或称“焦耳”热）一起将使得阀控式电池对于热失控更为敏感。考虑到这些因素，非凡按照Bellcore的要求用分别新电池和普通用途已经正常浮充运行了5年的电池进行了热失控试验。

锂离子电池内短路诱发热失控机制研究

锂离子电池凭借其优良的性能已广泛应用于电子产品、电动汽车和储能系统等领域,然而由于锂离子电池主要由易燃电解液和活性电极材料组成,在滥用条件下很容易引发电池自放热反应从而导致电池热失控甚至起火爆炸,这正是锂离子电池安全事故时有发生而不能杜绝的根本原因。内短路是一种常见的锂离子电池热失控成因,与过充、过热和外短路等电池热失控的成因相比,内短路造成的危害更大、监测和预防难度更大且更易发。 锂离子电池内短路的常见诱因有机械滥用(针刺、挤压和重物冲击等)、生产缺陷和锂枝晶生长。为了进一步揭示锂离子电池的内短路机理,本文采用实验手段和有限元数值模拟方法对针刺和锂枝晶导致的锂离子电池内短路过程进行了研究。 本文首先使用实验和数值模拟对传统钢针针刺导致的锂离子电池内短路过程进行了研究,分析了电池荷电状态、刺针直径和针刺速度等参数对电池温升的影响,并对电池内部各热源产热功率和刺针散热功率进行了研究。结果显示传统钢针导致的锂离子电池内短路过程中,刺针扮演两方面的作用,决定短路电流和散热。 一方面,刺针直径越大则短路电流和焦耳产热功率愈大;另一方面,刺针直径越大其从短路点散热的能力也越大。针刺时电池极耳电压随时间呈指数衰减,电压的波动和回升是由短路电流突降导致的过电势造成的。 未热失控情况下电池内部的总产热量主要由短路点的焦耳产热贡献。基于对传统钢针导致电池内短路过程的研究结果,本文提出了一种用低导热系数和低电导率的聚甲醛材料制作的电池针刺测试刺针,并采用针刺实验和数值模拟相结合的方法分析了聚甲醛刺针和传统的钨钢针触发电池内短路时电池电热响应的区

别,比较了这两种刺针在电池内短路过程中所扮演角色的差异。

动力电池热失控原因分析以及热失控预警和灭火系统原理的解析

动力电池热失控原因分析以及热失控预警和灭火系统原理的解析编者按 动力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。如果失控，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。 动力电池组热失控机理，许多大学和研究机构在专门立项研究，而客车企业目前急需要的是，有一个理论基础，已经通过权威机构认可，同时有技术含量的产品。目前客车企业对此比较困惑，主要原因是动力电池组的一个总成件是客车厂采购，而目前动力电池组产品离客车企业的要求有较远的距离。 一、动力电池热失控原因分析 动力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。如果失控，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。 动力电池是能源系统，工作一定会发热。要保障绝对安全，必须从工程上，有可靠技术来保障它的发热是可控的。 保障基本途径有两条：一是事前有预警，可提前进行人员干预，但是如果预警功能失效，必须有自动效灭火功能。如果以上两条做到了，动力电池组的安全，自然就有保障了。 二、动力电池组热失控预警及灭火是一个整体 主要由单体式动力电池火情预警控制装置和动力电池专用新型气体自动灭火装置两部分组成。干预控制及火情发生紧急状态下自动高效灭火，具有多传感器复合探测，全周期火情探测，热失控监测分析预警，紧急控制灭火等特征，以探测预警智能控制的方式解决动力电池组火灾隐患，最大限度保护电动汽车及司乘人员安全。 实际车载产品必须要求，装置体积小巧、安装灵活、运维便捷、绿色环保、适应性强等优势特点，在功能（性能）上要求，有火灾探测预警、自启、人工启动等，满足灭火效率和

0081.锂电池“热失控”的原因

锂电池“热失控”的原因 锂离子电池发生事故80%是因短路而起，短路后引起电池起火、爆炸事故频现报端 动力锂电池安全问题再次被推至舆论的风口浪尖。短路之所以会引致更严重后果与“热失控”现象有关。 电池材料的热稳定性一直是动力锂电池安全性的重要因素 和负极材料相比正极材料能量密度和功率密度低 其与电解液的热反应也被认为是电池热失控发展的主要诱因。因此寻找热稳定性较好的正极材料成为动力锂电池的关键。 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。 锂离子电池出现热失控的原因有如下几种： 1、经常过充。 2、未经授权改装外壳。 3、环境温度超过60°C。 4、隔离锂离子电池负极和正极的隔膜出现的撕裂会导致短路，而短路往往又会引起热崩溃。 参与“热失控”反应的是锂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。如果暴露在高温环境下，或者是遇到火花，它也有可能会燃烧。 热失控发生的概率与锂电池基数有关，中日韩三国锂电池产量都是逐年增长的，特别是在应用较广的手机/笔记本电脑领域，电池事故发生好象更多一些。2006年到2011年间多家大型电子企业都发生过相关事件，自进入2012年之后，小型电子产品中发生较少，但是在大型应用，比如飞机上的事故却常见报道，这说明了以下现象。 热失控现象及其强度与锂电池的大小、配置和电池单元的数量有关。小型锂电池组只有几个锂电池单元，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

锂电池的热失控

锂电池的“热失控” 锂离子电池发生事故多因短路而起，短路后可能引起燃烧，严重的会导致爆炸。短路之所以会引致更严重后果与“热失控”现象有关。 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。 锂离子电池出现热失控的原因有如下几种。 1、隔离锂离子电池负极和正极的隔膜出现的撕裂会导致短路，而短路往往又会引起热崩溃。 2、环境温度超过60°C。 3、经常过充。 4、未经授权改装外壳。 参与“热失控”反应的是锂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。如果暴露在高温环境下，或者是遇到火花，它也有可能会燃烧。 热失控发生的概率与锂电池基数有关，中日韩三国锂电池产量都是逐年增长的，特别是在应用较广的手机/笔记本电脑领域，电池事故发生好象更多一些。2006年到2011年间多家大型电子企业都发生过相关事件，自进入2012年之后，小型电子产品中发生较少，但是在大型应用，比如飞机上的事故却常见报道，这说明了以下现象。 “热失控”现象及其强度与锂电池的大小、配置和电池单元的数量有关。小型电池组只有几个锂电池单元，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。 无论大小锂电池组都需要定期保养以延长其寿命，所有的锂离子电池组通常都应该每36个月左右就更换一次。而且，每当电量降到20％的时候，你就应该对它进行充电，过度放电会损坏锂电池，从而增加“热失控”及其他事故的可能性。

清华大学-动力电池热失控与电解质

动力电池热失控与电解质
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hexm@https://www.wendangku.net/doc/9d4728221.html,
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清华大学 核能与新能源技术研究院
新型能源与材料化学研究室
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第二届中国锂电池电解液研讨会2013 2013年7月25日 上海
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何向明

报告内容
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3. 聚合物电解质与安全性
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2. 锂离子电池热失控过程
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1. 动力锂离子电池安全性
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锂离子动力电池热失控事故
08年6月，丰田普锐斯起火事件
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12年1月，菲斯克卡玛起火事件 13年1月，波音787起火事件 事故极大地打击了消费者接受电动汽车的信心，阻碍了电动汽车产业的发展。 尽管18650电池故障率可以达到1/10,000,000，电池组事故仍屡见不鲜。
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11年5月，雪佛兰沃蓝达起火
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Auxiliary Power Unit (APU) battery location
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Main battery location

Investigative Work
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Damaged electrode in Cell #6
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Yellow card is a laboratory marking used for identification purposes. 6
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Hot Spot
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【CN109959579A】锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910236575.6 (22)申请日 2019.03.27 (71)申请人 中国北方车辆研究所 地址 100072 北京市丰台区槐树岭4号院 (72)发明人 田君　陈亚东　王一拓　赵鼎　 陈芬　田崔钧　高申　胡道中　 王发成　佟蕾　张跃强　高洪波　 (74)专利代理机构 中国兵器工业集团公司专利 中心 11011 代理人 周恒 (51)Int.Cl. G01N 7/16(2006.01) G01R 31/382(2019.01) (54)发明名称 锂离子电池热失控过程产气量测量及气体 收集装置 (57)摘要 本发明属于安全控制技术领域，具体涉及一 种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收 集装置。所述装置包括：压力防爆容器；加热装 置；电池悬吊装置；惰性气体循环装置；电池充放 电模块；检测装置；防爆泄压模块；控制系统；气 体收集模块。与现有技术相比较，本发明具备如 下有益效果：对锂离子电池由高温、过充电、过放 电触发热失控产生的气体均可进行产气量测量 和气体收集；可实时监测锂离子电池热失控过程 的温度和电压变化情况，可为锂离子电池热失控 的分析提供可靠的数据支撑。权利要求书1页 说明书6页 附图1页CN 109959579 A 2019.07.02 C N 109959579 A

权　利　要　求　书1/1页CN 109959579 A 1.一种锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述装置包括： 压力防爆容器，其包括容器壁、顶盖、底座，形成封闭的空间； 加热装置，其包括容器壁中部圆周上均匀分布的多个加热模块、置于顶盖上的1个加热模块、置于底座上的1个加热模块和置于电池上的1个加热模块； 电池悬吊装置，其置于压力防爆容器内部，其包括网兜，上端悬吊于容器顶盖； 惰性气体循环装置，所述惰性气体循环装置与压力防爆容器连通，并具有惰性气体进入通道和惰性气体排出通道，惰性气体进入通道和惰性气体排出通道分别连通压力防爆容器内腔； 电池充放电模块，其包括置于容器壁上的2个接线柱和充放电设备，2个接线柱在容器内的部分分别连接电池正负极；容器壁外侧部分接充放电设备，充放电设备的电压采集线连接在容器壁外部的接线柱上； 检测装置，其包括多个温度检测模块，1个气压检测模块，多个气体流量检测模块；所述多个温度检测模块分别一一置于多个加热模块附近，分别采集对应加热模块附近的温度，其中电池上的加热模块附近的温度检测模块置于电池上，用于检测电池的温度；所述1个气压检测模块置于容器顶盖；所述多个气体流量检测模块分别置于惰性气体进入通道、惰性气体排出通道上； 控制系统，其包括功率调节器和控制模块，所述控制模块与功率调节器电连接； 所述控制系统与加热装置、电池充放电模块和检测装置电连接。 2.如权利要求1所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述容器壁中部圆周上均匀分布的加热模块的数量为3个。 3.如权利要求1所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述网兜为耐高温网兜。 4.如权利要求3所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述耐高温网兜为绝缘网兜。 5.如权利要求1所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述惰性气体进入通道和惰性气体排出通道在同一水平线上。 6.如权利要求1所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述温度检测模块的数量与加热模块相同。 7.如权利要求1所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述装置还包括防爆泄压模块，其与压力防爆容器连通。 8.如权利要求7所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述防爆泄压模块包括防爆泄压通道、安全阀与防爆泄压容器。 9.如权利要求1所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述装置还包括气体收集模块，其与压力防爆容器连通。 10.如权利要求9所述的锂离子电池热失控过程产气量测量及气体收集装置，其特征在于，所述气体收集模块包括气体收集阀门、气体收集通道、冷凝器、气体收集钢瓶和真空泵； 所述检测装置所包含的气体流量检测模块中，包括设置于气体收集通道上的气体流量检测模块。 2

蓄电池常见故障及处理方法

铅酸蓄电池常见故障及处理方法 铅酸蓄电池是直流系统中不可缺少的设备，这种电源广泛应用于变电站中。正常时直流系统中的蓄电池组处于浮充电备用状态，当交流电失电时，蓄电池迅速向事故性负荷提供能量。如各类直流泵、事故照明、交流不停电电源、事故停电、断路器跳合闸等，同时也必须为事故停电时的控制、信号、自动装置、保护装置及通信等负荷提供电力。显然在交流失电的事故状态下，蓄电池应作为变电站的备用能源。 1.环境要求 在下列条件下,设备应能连续工作，并满足性能规范要求: 环境温度: 工作温度-5℃～+40℃ 储存运输温度-30℃～+65℃ 相对湿度:≤90%(40℃±2℃) 并提供阀控式密封铅酸蓄电池组所需的完整的安装加固及连接材料，满足抗震要求，以防地震发生时出现电池倾倒、位移和碰撞，并能保证不中断工作。 2.技术要求 3.1容量标定：蓄电池容量是以10小时放电率(C10)的100％额定容量。 3.2蓄电池在环境温度-15℃～+45℃条件下应能正常工作（会影响电池容量）；蓄电池在0℃时至少应放出其额定容量的72%。 3.3蓄电池的正、负极端子应便于连接，并有明显标记；蓄电池按1小时率电流放电时，两只电池之间的连接电压降△U≤10mV。 3.4由若干个单体组成一体的蓄电池，其各单体蓄电池间的开路电压最高与最低值差不大于20mV。 3.5蓄电池自放电损失：每天小于0.14%。 3.6蓄电池密封反应效率应不低于95%。 3.7安全阀应具有自动开启和自动关闭的功能，其开阀压应是10KPa～49KPa，闭阀压应是1KPa～15KPa。 3.8蓄电池应能承受50KPa正压或负压；-30℃～+65℃（储存温度）变化时，不破裂、不变形、无溢漏。 3.9蓄电池充电性能： 在25±5℃时，单体电池的电压要求： 浮充电压：2.23V～2.27V 均充电压：2.30V～2.35V 3.10蓄电池放电性能： 将蓄电池组脱离供电系统，以10小时率电流对负荷放电，单体电池的终止电压值为： 2V系列（1.80V） 6V系列（5.25V） 12V系列（10.5V） 3.11电池循环使用寿命：80％放电深度≥1200周期； 浅充放电≥4000周期。 3.12在25℃时全浮充使用蓄电池其寿命应在8年以上。 3.13蓄电池在正常工作过程中应无酸雾逸出，在充电过程中遇明火内部不应引爆。 3.14蓄电池钢框架或另配的安装铁架。 3.15蓄电池的摆放形式应能满足机房的荷重要求。

COMSOL Multiphysics对锂离子电池的热失控模拟

COMSOL Multiphysics对锂离子电池的热失控模拟 newmaker 仿真揭示了，放热条件可能导致热引燃。 在锂离子电池的开发过程中，安全设计与评估在预防热失控引起的着火等问题中发挥着重要的作用。我们使用模拟技术，如COMSOL Multiphysics来了解各种现象对锂离子电池的影响，评估电池的安全性。本文介绍了一种建模的方法来测试在锂电池里的化学反应放热的安全性。 ―如果释放的热量比由内部和外部放热产生的热量大，电池将会是热稳定的状态。如果释放的热量少，温度就会稳步上升并导致热失控。‖ 我们的模拟着眼于使用热分析来评估热失控条件。考虑了三种放热形式： 使用加热箱和加速量热仪（ARC）的外部加热 化学反应（热降解反应，燃烧等）产生的内部热量，和 热（热传导、辐射）。 如果释放的热量比由内部和外部放热产生的热量大，电池将会是热稳定的状态；如果释放的热量少，温度就会稳步上升，并将导致热失控。在加热试验的模拟中，外部热源使用加热箱供热。

图1.活性材料的热化学反应DSC测量 一种反应热模型 当模拟化学反应产生的内部热时，有几个物理现象必须考虑。首先，分离膜和电解质的热降解，这将影响电导率。其次，负极的电解质反应，涉及多种反应，不能用单一反应来描述。本研究中，反应分两步进行：固体电解质接触面（SEI）和通过SEI的负极电解质反应。最后，在模型中也包含了正极电解质反应。―COMSOL Multiphysics是电池分析的理想平台。‖ 表1.分析条件（18650圆柱形电池） 我们进行了一系列在匀速升温的化学反应的差示扫描量热仪分析（DSC）来获得参数拟合的反应热模型。图1显示的是一个DSC测量的例子，一个1小时温度升高的过程（5°C/分钟），其中正电极是LiCoO2，负电极是碳，电解液是一种碳酸乙烯（EC）和碳酸二乙酯（DEC）的混合物。从图一中DSC测量的结果看出，生热率系数——单位时间单位体积产生的热量——随温度变化的曲线。

锂电池的热失控及技术分析

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。 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.安全隐患：这些事故给行业造成很大的困扰。 2.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 3 2000 着火事件，而美国人每年的驾驶总里程是万亿英里，即每万英里 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。