陈步伟
中天储能科技有限公司，江苏 南通 226400
摘要：绝热加速度温度计检查了控制的冗余性、特征参数和软包装电池LiFePO4的气体成分，在不同的启动温度下，不可控充电可分为正常充电水平和不可控充电水平。这种方法的一个特点是温度和应力的升高对起始温度的影响很小，更准确地说明了汽包的起始点和烟气的分离点。乙烯和甲烷是过热废气的主要可燃成分，主要是被动锂和主动锂发生粘附反应的结果。研究结果可为锂电池安全系统离子电池及其控制提供理论指导和数据支持。
关键词：锂离子电池安全；过充；热失控；绝热条件
引言
锂离子电池具有能量密度高、循环时间长的特点，但锂离子电池也存在安全隐患，这是锂离子电池的主要问题之一，锂离子电池采用石墨负极，当CEI膜破裂时，电极表面充放电，锂会在休息时掉落并形成。锂树枝晶的连续生长穿透细胞膜，导致电池关闭和热危害；此外，当锂树枝晶从电极上脱落成为“死锂”时，电极的单位容量也会降低锂离子电池的低温循环，加速锂树枝晶的形成，离子电池的重点在于低温下的电化学性能，特别是电解液和电解液添加剂的电性能。锂枝晶的研究主要涉及锂枝晶的形成和锂枝晶的生产过程分析。然而，目前的研究主要集中在原电池或测试电池上。
1 磷酸铁锂储能电池研究的重要性
20世纪以来，随着科学技术的发展和对大容量移动存储设备的需求，越来越多的人倾向于传统的、高环境污染、高成本的存储设备，化学能的转化越来越重要，锂电池广泛应用于电能领域。便携式电子通信设备，如手机、笔记本电脑等，具有高电压平台、高比能量、低自放电等特点，循环性能好，环保，新能源，寻求混合动力汽车，如电源、大型民用飞机等航空电源，可再生风能和太阳能储存。电解槽已成为主要能源。
最常用的正极材料有LiFePO4、Limnzo4三种成分。电解液由一种锂导电盐组成，它溶解在一定的有机溶剂中，主要是碳酸乙烯酯（EC）。膜材料通常由聚乙烯树脂组成，阳极材料通常由石油焦组成，纯炭黑和地层学与碳混合形成锂结构。
充电时，正极中的锂离子通过隔膜到达负极，形成嵌锂结构；放电时锂离子从负极的嵌入结构中分离出来，返回正极。也就是说，当二次锂离子电池充电和放电时，锂离子在正负极之间移动，往返于目标，循环供能。
以LiFePO4电池为例，LiFePO4作为正极材料具有安全性好、原料丰富、成本低、使用寿命长等优点。磷酸铁锂电池是太阳能装置、电动汽车等装置的理想储能电池。
在充电过程中，锂离子迁移逐渐回到核心，界面减小。在这个过程中，锂离子和电子必须通过新形成的FePO4层，但锂离子的扩散速率是恒定的，如果界面降低到某一临界值，锂离子通过界面的扩散不足以维持恒定的流动。因此，容量损失的来源，粒子核心的磷酸铁锂，充电率越来越高，电流密度越来越高，磷酸铁锂在整个粒子中的体积越来越大，可用部分减少，只有降低电流密度，才能恢复比容量。
2 热运行火灾机理
锂电池的热控制是在各种不合适的条件下失控的，这也是不同条件下控制热的原因。当外部温度升高时，能量锂电池被加热。电池中的反应就像一个链式反应，SEI膜分解放热加热电池，促使负极和溶剂之间的反应进一步放热，进而导致负极和粘合剂之间发生化学反应，分解电解溶剂，正极的热分解反应和大量的热量及可燃气体，最终导致电池爆炸。电池爆炸的机理因正负极材料、隔板和电解液的不同而不同[1]。
锂电池充电初期，电流通过电池时，部分电能转化为内能，电池温度逐渐升高；随着电池温度的升高，锂与溶剂的进一步反应和锂插层碳与溶剂的反应会聚，伴随着溶剂的溶解和粘结剂与锂金属的反应。随着加载时间的增加，上述反应变得更加强烈，最终导致超出控制范围的过载。
短路、针刺和撞击引起动力锂电池变化的机理大致相同。通过蓄电池的大电流在蓄电池内产生大量的热量。
随着温度的升高，电池的温度逐渐上升到正极热分解的温度，导致电池的热耗竭；使用时，针部会导致电池内部短路，导致内部过电流产生大量热量，电池内部温度导致正热分解。
3 热力运行火灾特征参数分析
在动力锂电池发生热爆发之前，会释放出明显的特征参数。改变这些特征参数可以检查是否即将发生热熄灭，特别是电化学反应的热量和电池极化的热量。它是电池中化学反应热释放的热量；同时，电极的表面活性物质增加了极化内阻，导致焦耳热增加。
电池运行时，内部会产生一些可燃气体，如电池内部有机物的分解反应和对电池正负极的氧化还原反应，加速了电池内可燃气体的生成速度，电池内部压力升高，温度逐渐升高，随着热量输出的进一步恶化，可燃气体逐渐加速溢出，当电池爆炸时，大量可燃气体立即排出，并伴有大量烟雾。因此，综合考虑能量锂电池周围温升的变化规律、烟雾颗粒的释放和可燃气体的置换规律，可以对其热应用和热喷发程度进行分析和评价。
4 锂电池热应用进展
由于锂电池的热消光破坏严重，国内外大型研究机构对锂电池的热消光进行了相应的研究，具体包括三个方面：一是研究外界高温对锂电池性能和热放电的影响；二是研究了过度应力对锂电池热放电的影响；第三是动力锂电池的机械损伤，如挤压、注射和撞击对热逸出的影响。具体研究情况如下：
4.1 环境温度对锂电池热断裂的影响
研究了电池在不同环境温度下的容量、内阻和开路电压。值得注意的是，随着温度的升高，电阻和极化电阻减小，内阻大于极化电阻，低温电阻变化率大于放热率。在评估电池容量时，应考虑环境温度的影响。如果蓄电池的内阻处于低温和SOC值，高负载和高卸载会导致热故障并损坏蓄电池[2]。
4.2 实验数据及结果分析
温度是早期检测锂离子过载最重要的参数。因此分析锂电池的动态充电变化非常重要，定性分析锂电池恒流充电时的温度变化，锂电池在实验室温度点的温度变化可分为三个步骤。充电开始时锂电池实验室的温度与环境温度相对应，根据传热学原理，室内外温差小，锂电池的热量输出远高于舱内，使温度迅速上升；随着充电过程的开始，舱内外温差增大，舱内散热加速，但锂电池的功率仍高于舱内，使锂电池试验舱内温度继续升高，但缓慢上升；在继续充电、驾驶室内外温差继续增大的同时，动力锂电池试验舱内锂电池的热输出达到动态平衡并升至接近零，温度稳定；如果锂电池持续充电，充满电后达到充电模式，锂电池失去控制，动力锂电池内的电解液开始热分解。动力锂电池实验室温度开始升高；填充完成后，电解液对分解的反应进一步增强，伴随着电池中的化学热放电，作为锂电池的正负极和锂电池的溶剂，锂电池的温度和舱内的散热持续升高，舱内温度升高，锂电池失去控制，锂电池爆炸[3]。
4.3 天然气生产发展阶段及机理
锂离子电池可以看作是一个相对封闭的电化学反应体系，其热量是由各组分之间的化学反应决定的。过充是造成电池过载的主要原因，通常会发生以下过程：正极锂的脱除过多，石墨负极锂大量沉积，导致副反应，加速电池发热和气体释放，热平衡不足，提高和加速电池温度，可以增加电池的热解反应，对锂离子电池的热控损失，甚至着火、放电以及锂离子电池的热过程进行了详细的阐述。
5 结束语
介绍了锂离子电池的主要组成、分类和性能，介绍了磷酸锂电池的工作原理和充电状态下锂分支的生长，锂离子电池的非受控充氢过程和反应为后续实验研究磷酸铁锂电池的制氢机理奠定了理论基础。
参考文献：
[1]黄强,陶风波,刘洋.气液灭火剂对磷酸铁锂电池模组灭火能效研究[J].中国安全科学学报.
[2]王羽平、屠芳芳、陈冬、陈建、陈江平.磷酸铁锂软包电池过充热失控实验研究[J].电源技术.
[3]刘磊,王芳,高飞,等.锂离子电池模组热失控扩展安全性的研究[J].电源技术.