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锂电池安全性能研究:热失控解析与安全
来源: 时间:2024-05-24 09:28:03 浏览:2032次

锂电池安全性能研究:热失控解析与安全

 

锂电池作为一种高效、环保的能源存储技术,广泛应用于移动电话、电动汽车、可穿戴设备以及大型储能系统等领域;然而,随着能量密度的提高和应用场景的拓展,锂电池的安全性问题日益凸显,尤其是热失控现象,成为电池安全的核心挑战之一。

一、热失控现象

热失控(Thermal Runaway)是锂电池在滥用条件下(如过充、过放、短路等)可能发生的一种严重事故,当电池内部温度升高到一定程度时,电池材料可能会发生分解、腐蚀等不可逆的化学反应,释放大量热量;如果热失控不能得到有效控制,将导致电池温度迅速升高,最终可能引起电池起火或爆炸。

二、热失控原因

锂电池热失控的根本原因是电池内部发生的复杂化学反应。

在正常工作过程中,锂电池中的锂离子在电极之间往返移动,伴随着电化学反应,然而,在某些条件下,比如电极材料的热稳定性不足、电解液的分解或者电池结构的损伤等,电池内部可能会产生局部过热;当这种过热无法通过电池自身的散热系统释放时,温度将继续升高,引发更多的化学反应,形成一个失控的链式反应,最终导致热失控。

三、热失控后果

热失控一旦发生,其速度快、影响范围广,对人身和财产安全构成极大威胁;锂电池在热失控过程中释放的高温可燃烟气、气体以及电池内部的化学品,不仅会迅速扩散火势,还会产生有毒有害气体,危及人员安全。

四、研究进展与安全提升

1. 电解液的创新

针对电解液稳定性问题,研究者发现利用分子间氢键的相互作用可以显著改善醚基电解液在电极界面的稳定性,有效抑制锂金属电池的热失控过程;这种新型的分子锚定策略通过在乙二醇二甲醚中加入含强极性碳—氢基团的氟代醚溶剂,降低了醚键上氧原子的电子云密度,大幅提高了溶剂的抗氧化能力,从而提升了电解液的高压性能和安全性。

2. 电池管理系统(BMS

电池管理系统是电动车辆安全保障的关键,它通过实时监控电池状态,确保电池在安全的操作范围内工作;先进的BMS可以有效降低电池过充、过放和过热的风险,从而预防热失控事故的发生。

3. 热失控阻断技术

为了应对热失控的快速传播,科研人员开发了热失控阻断技术;例如,大型电动客船“闽江会客厅”就采用了宁德时代302A磷酸铁锂电池和先进的安全级电池系统热失控阻断技术,核心指标优于国内同尺度电动船舶。

4. 早期预警技术

中国科学技术大学的研究团队成功研制出可植入电池内部的高精度、多模态集成光纤传感器,实现了对商业化锂电池热失控全过程的精准分析与早期预警;这项技术能从前移热失控预警时间窗口,从根本上解决储能安全问题。


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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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