從熱失控下鋰電池內(nèi)部反應(yīng)，看氣體檢測(cè)的重要性

2023-07-11 08:41:27

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通常，鋰電池的熱失控是受到3種濫用的影響而引起的，分別是機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用。

機(jī)械濫用指電池受到碰撞、擠壓、針刺等外部受力，使鋰電池內(nèi)部隔膜破裂，促使正極與負(fù)極相連，從而引發(fā)內(nèi)部短路。
電濫用指電池受到內(nèi)部、外部短路，過(guò)充、放電，一旦鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)短路，大量熱量會(huì)被釋放，更高溫條件下的化學(xué)反應(yīng)會(huì)被觸發(fā)，這些反應(yīng)又進(jìn)一步地釋放熱量，這就相當(dāng)于外部熱源不斷對(duì)電池加熱，即熱濫用
熱濫用指電池受到外部加熱，一旦電池內(nèi)部熱量積累到一定程度，熱失控爆發(fā)

圖源網(wǎng)絡(luò)

鋰電池是由正極、負(fù)極和電解液組成的。在鋰電池內(nèi)部，正極和負(fù)極之間存在隔膜，不會(huì)直接反應(yīng)，主要是正極和負(fù)極自身及它們分別于電解液的化學(xué)反應(yīng)。

圖源網(wǎng)絡(luò)

正極和電解液的反應(yīng)

正極材料是在過(guò)渡金屬氧化物基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，正極的熱分解會(huì)釋放出大量的氧氣，而氧氣正是發(fā)生熱失控的必備因素。另外，二氧化碳會(huì)因?yàn)檠鯕獾拇嬖诖罅课龀?，同時(shí)還有煙霧C2H5F。

負(fù)極和電解液的反應(yīng)

負(fù)極表面包裹著固態(tài)電解質(zhì)界面(SEI)，用于阻止負(fù)極與電解液的直接反應(yīng)。一旦SEI分解，負(fù)極將直接暴露在電解液中，并與電解液之間反應(yīng)。

電解液反應(yīng)

除了正極、負(fù)極與電解液的反應(yīng)外，電解液自身也會(huì)發(fā)生分解。

鋰電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的不同，產(chǎn)生了不同的固體產(chǎn)物和氣體產(chǎn)物，并釋放大量熱量。當(dāng)大量熱量積累過(guò)度后，鋰電池的熱失控將被觸發(fā)。

通過(guò)對(duì)鋰電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的梳理發(fā)現(xiàn)，鋰電池在升溫過(guò)程中會(huì)析出多種氣體：O₂、CO₂、C₂H₄、C₄H₁₀、POF₃、C₂H₅F、PF₅、H₂等。換而言之，不同的氣體是不同化學(xué)反應(yīng)的必然產(chǎn)物。

對(duì)鋰電池?zé)崾Э氐念A(yù)警診斷是保證鋰電池可靠工作的重要前提。因此，析出氣體可以作為特征量被用于鋰電池?zé)崾Э氐念A(yù)警診斷。

不過(guò)，鋰電池在正常工作時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一部分氣體，如CO、C₂H₄和C₄H₁₀，與溫度升高情況下產(chǎn)生的氣體存在差異，根據(jù)二者的顯著不同，例如氣體含量、氣體變化率、氣體種類等方面，綜合監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池?zé)崾Э馗鼮榫_的預(yù)警。在實(shí)際應(yīng)用中，需要選擇針對(duì)性的傳感器，并設(shè)定相應(yīng)閾值進(jìn)行判斷。

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