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鋰離子電池熱分析及測試方法超全總結，必收藏！

嘉峪檢測網 2019-08-29 15:54

鋰離子電池熱分析及測試方法超全總結，必收藏！

一、鋰電池產熱的影響：

1. 放電/充電過程，特別是大倍率充放時會產生大量熱量；

2. 內部熱量聚集，會引起內部溫度升高；

3. 影響電池材料熱穩定性，并發生性能衰退；

4. 影響電動汽車的經濟性和適用性，由此引發的安全性和地壽命等存在制約；

5. 低溫下啟動內部極化大，瞬時發熱量會造成電池的不可逆損失。

概念	英文（單位）	概念解釋
吸熱反應	Endothermal reaction	反應物總能量小于生成物總能量的反應。
放熱反應	Exothermic reaction	反應物總能量大于生成物總能量的反應。
熱管理	Temperature management	對鋰離子電池的熱量或溫度的管理。
熱穩定性	Thermal stability	表征鋰離子電池承受變化熱量或溫度變化的能力。
熱失控	Thermal runaway	蓄電池在恒壓充電時電流和電池溫度發生一種積累性的增強作用并逐步損壞。
熱輻射	Thermal radiation	物體由于具有溫度而輻射電磁波的現象。
熱量	Heat（J）	鋰離子電池工作時與外界系統之間依靠溫差傳遞的能量。
溫度	Temperature（K）	表征物體冷熱程度的物理量。
溫升	Temperature rise（K）	鋰離子電池工作時高出外界系統的溫度。
反應熱	Reaction heat（J）	鋰離子在正負極產生的電化學反應產生的熱量。
焦耳熱	Joule heat（J）	鋰電池工作時，電荷在電池內部轉移時，克服電池內部歐姆電阻而產生的熱量。
極化熱	Polarization heat（J）	鋰電池在充放電過程中，因電流作用在正負極上發生極化現象而產生的熱量。
分解熱	Decomposition heat（J）	電池在自放電過程中或者副反應過程中產生的熱量。
比熱容	Specific heat capacity（J/( kg·K )）	單位質量物體改變單位溫度時吸收或放出的熱量。
導熱系數	Thermal conductivity（W/(m·K)）	在穩定傳熱條件下，對于兩側表面溫差為1K的單位厚度的材料在單位時間內通過單位面積所能傳遞的熱量。

二、電池產熱的影響——熱失控

1. 系統層面的熱失控

① 演變：電池老化（演化）&突發事件（突變）；

② 觸發：發生熱失控與起火燃燒的轉折點；

③ 擴展：單體或少量電池觸發后向周圍傳遞，發生次生危害。

2.電芯層面的熱失控

① 產熱速度過快，導致大量的熱量在鋰離子電池的內部積聚，誘發了一系列的副反應（如負極SEI膜分解，正極活性物質分解，釋放出氧化性很高的游離氧，與電解液發生氧化反應），這些副反應會進一步導致鋰離子電池內部的熱量積聚，壓力增大，最終導致鋰離子電池起火爆炸，形成嚴重的安全問題。

② 內部誘因：低溫充電、負極缺陷和過充導致負極形成的鋰枝晶穿透隔膜引發短路，鋰離子電池內部多余物刺穿隔膜引發短路等；

③ 外部誘因：大電流放電，正負極短路，高溫，擠壓、針刺等因素；

④ 安全閥：發生熱失控且內壓到閾值時，安全閥破壞，釋放內壓，避免更嚴重問題；

鋰離子電池熱分析及測試方法超全總結，必收藏！

階段	圖示	溫度范圍	特征描述
I	圖6(a)	50-100	當熱失控觸發發生后，電池因受到異常加熱而溫度升高，此階段電池發生高溫條件下的容量衰減。
II	圖6(b)	90-120	電池負極表面SEI膜分解，負極與電解液直接接觸并發生反應。反應放出量熱儀可測的熱量，絕熱條件下，電池溫度受自生熱影響繼續升高。溫度在100~110℃，電解液氣化導致電池膨脹，安全閥可能會打開，部分電解液泄漏。
III	圖6(c)	120-140	PE基質的隔膜吸熱熔化并開始閉孔。由于隔膜的關斷效應，電池內阻迅速上升。該款電池的隔膜上具有陶瓷涂層，隔膜閉孔后不會迅速崩潰造成內部大規模短路的發生。
IV	圖6(d)	140-260	正極/負極分別與電解液發生反應，反應放熱造成電池溫度繼續升高。隨著溫度的升高，反應放熱速率逐漸加大。
V	圖6(e)	260-740	陶瓷涂層崩潰，電池內部發生大規模內短路，電池電壓急墜為零，并放出大量的熱。內部高溫反應同樣集中釋放出大量的熱量。瞬時累積的大量熱量帶來電池溫度的瞬間大幅升高，即熱失控發生。另外，生熱反應也會產生大量的氣體，電池內部壓力急劇升高，電池內部物質隨著高壓氣體噴出。
VI	圖6(f)	740-850	熱失控快速放熱后，部分殘留的放熱反應還能夠將電池溫度再升高一段，直到達到最高溫度。
VII	圖6(g)	850-常溫	熱失控放熱反應結束，殘余物降溫至常溫。