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鋰電池安全性能研究：熱失控解析與安全

來(lái)源：時(shí)間：2024-05-24 09:28:03 瀏覽：853次

鋰電池安全性能研究：熱失控解析與安全

鋰電池作為一種高效、環(huán)保的能源存儲(chǔ)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、電動(dòng)汽車、可穿戴設(shè)備以及大型儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域；然而，隨著能量密度的提高和應(yīng)用場(chǎng)景的拓展，鋰電池的安全性問(wèn)題日益凸顯，尤其是熱失控現(xiàn)象，成為電池安全的核心挑戰(zhàn)之一。

一、熱失控現(xiàn)象

熱失控（Thermal Runaway）是鋰電池在濫用條件下（如過(guò)充、過(guò)放、短路等）可能發(fā)生的一種嚴(yán)重事故，當(dāng)電池內(nèi)部溫度升高到一定程度時(shí)，電池材料可能會(huì)發(fā)生分解、腐蝕等不可逆的化學(xué)反應(yīng)，釋放大量熱量；如果熱失控不能得到有效控制，將導(dǎo)致電池溫度迅速升高，最終可能引起電池起火或爆炸。

二、熱失控原因

鋰電池?zé)崾Э氐母驹蚴请姵貎?nèi)部發(fā)生的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)。

在正常工作過(guò)程中，鋰電池中的鋰離子在電極之間往返移動(dòng)，伴隨著電化學(xué)反應(yīng)，然而，在某些條件下，比如電極材料的熱穩(wěn)定性不足、電解液的分解或者電池結(jié)構(gòu)的損傷等，電池內(nèi)部可能會(huì)產(chǎn)生局部過(guò)熱；當(dāng)這種過(guò)熱無(wú)法通過(guò)電池自身的散熱系統(tǒng)釋放時(shí)，溫度將繼續(xù)升高，引發(fā)更多的化學(xué)反應(yīng)，形成一個(gè)失控的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終導(dǎo)致熱失控。

三、熱失控后果

熱失控一旦發(fā)生，其速度快、影響范圍廣，對(duì)人身和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極大威脅；鋰電池在熱失控過(guò)程中釋放的高溫可燃煙氣、氣體以及電池內(nèi)部的化學(xué)品，不僅會(huì)迅速擴(kuò)散火勢(shì)，還會(huì)產(chǎn)生有毒有害氣體，危及人員安全。

四、研究進(jìn)展與安全提升

1. 電解液的創(chuàng)新

針對(duì)電解液穩(wěn)定性問(wèn)題，研究者發(fā)現(xiàn)利用分子間氫鍵的相互作用可以顯著改善醚基電解液在電極界面的穩(wěn)定性，有效抑制鋰金屬電池的熱失控過(guò)程；這種新型的分子錨定策略通過(guò)在乙二醇二甲醚中加入含強(qiáng)極性碳—?dú)浠鶊F(tuán)的氟代醚溶劑，降低了醚鍵上氧原子的電子云密度，大幅提高了溶劑的抗氧化能力，從而提升了電解液的高壓性能和安全性。

2. 電池管理系統(tǒng)（BMS）

電池管理系統(tǒng)是電動(dòng)車輛安全保障的關(guān)鍵，它通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)，確保電池在安全的操作范圍內(nèi)工作；先進(jìn)的BMS可以有效降低電池過(guò)充、過(guò)放和過(guò)熱的風(fēng)險(xiǎn)，從而預(yù)防熱失控事故的發(fā)生。

3. 熱失控阻斷技術(shù)

為了應(yīng)對(duì)熱失控的快速傳播，科研人員開發(fā)了熱失控阻斷技術(shù)；例如，大型電動(dòng)客船“閩江會(huì)客廳”就采用了寧德時(shí)代302A磷酸鐵鋰電池和先進(jìn)的安全級(jí)電池系統(tǒng)熱失控阻斷技術(shù)，核心指標(biāo)優(yōu)于國(guó)內(nèi)同尺度電動(dòng)船舶。

4. 早期預(yù)警技術(shù)

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)成功研制出可植入電池內(nèi)部的高精度、多模態(tài)集成光纖傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)商業(yè)化鋰電池?zé)崾Э厝^(guò)程的精準(zhǔn)分析與早期預(yù)警；這項(xiàng)技術(shù)能從前移熱失控預(yù)警時(shí)間窗口，從根本上解決儲(chǔ)能安全問(wèn)題。

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