Page 197 - 化工工艺理论及技术

第七章 锂离子电池安全技术研究进展

不断增加，最大热失控表面温度（θ max ）不断增加，其中，θa 为环境温度。这
主要是因为在较低的压力下，电池内部活性电解液排气较强，导致残留的电解液
较少，电化学反应变弱，使得热失控后电池的 θ max 降低。Y.W.Li 等研究了低压

对密闭空间内 18650 型 LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 正极材料锂离子电池热失控特性的影
响，发现当环境压力从 101kPa 下降到 20kPa 时，热失控起始温度从 158.17℃下
降到 111.40℃，热失控最高温度从 434.65℃下降到 227.00℃。这主要是因为外部
压力较低时，安全阀会提前打开，电池内部的电解液泄漏，导致一部分电解液无

法参与电池内部的放热反应，间接导致 θ max 降低。
（三）燃爆响应时间
燃爆响应时间是指锂离子电池发生热失控前的等待时间。掌握不同环境压力
下的燃爆响应时间，对早期防控意义重大。刘全义等研究了不同初始压力下单只

和 4 只满电态 LiCoO 2 正极材料锂离子电池的燃爆特性，发现 61kPa 下的燃爆响
应时间均长于 96kPa 下的燃爆响应时间。在低压环境下，锂离子电池内部化学反
应变慢，同时外界温度和氧含量都较低，释放的可燃混合气体需要较长时间才能
与环境中的氧气混合至可燃爆比例，使燃爆推迟。

三、低压环境下锂离子电池的燃烧特性

（一）点燃时间
点燃时间是指锂离子电池开始受到外部滥用直至被点燃的时间间隔，是反映

火灾危险性的重要指标。准确地把握锂离子电池的点燃时间，有利于对此类火灾
的控制。S.Xie 等分别在 20kPa 和 95kPa 下，测试 18650 型 LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 正
极材料锂离子电池的点燃时间，发现在相同充放电倍率下获得的满电态电池，
95kPa 下的点燃时间长于 20kPa 下的。在压力较低的环境下，外部气体的流动速

率减慢，电池散热变慢且热量容易积累，同时，低压环境下电池的安全阀更易破
裂并释放出可燃混合气体，因此，点燃时间缩短。
（二）热释放速率（HRR）
热释放速率（HRR）是评价材料燃烧特性的重要参数。HRR 越高，单

位时间内释放的热量越多。陈现涛等进行不同环境压力及外部热源对软包装
LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 正极材料锂离子电池热失控特性影响的实验，发现在加热板组、
辐射环组和辐射板组等 3 种外部热源加热方式下，HRR 均随着环境压力的下降

·183·