高溫環(huán)境導致18650鋰離子電池熱失控

鋰離子電池因其工作電壓高、功率密度和能量密度高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、相機、手機等各類電子元器件中。近年來，其應(yīng)用正擴展到大中型電力或儲能設(shè)備/設(shè)施，如電動汽車電源、可再生能源儲能、通信網(wǎng)絡(luò)備用電源、特種儲備電源等。鋰離子電池很可能成為21世紀綠色能源存儲/供應(yīng)的主導。

18650鋰離子電池中的數(shù)字代表外部尺寸:18表示電池直徑為18.0mm,650表示電池高度為65.0mm。18650型鋰離子電池的理論壽命為1000次充電，重要用于筆記本電腦。此外，由于工作穩(wěn)定性非常好，還廣泛應(yīng)用于電子領(lǐng)域，常用于高端手電筒、便攜式電源、無線數(shù)據(jù)傳輸裝置、隔熱服、便攜式儀器及照明設(shè)備、便攜式打印機、工業(yè)儀器、醫(yī)療設(shè)備等。

鋰離子電池的安全性一直是制約其進一步發(fā)展的重要問題。隨著鋰離子電池的使用變得越來越復(fù)雜，它們越來越頻繁地暴露在更高的溫度下，電池內(nèi)部的溫度隨著外部溫度的升高而升高。由于放熱反應(yīng)強烈，電池溫度突然升高，導致熱失控，可能引起火災(zāi)、爆炸等現(xiàn)象。

國內(nèi)外學者對鋰離子電池的熱失控進行了研究，包括電池材料的熱穩(wěn)定性、熱失控的機理以及尋找更安全的電池材料等。Hatchard等通過建立鋰離子電池的一維熱爐模型，預(yù)測了鋰離子電池在爐熱過程中的熱行為。Spotnitz等人建立了鋰離子的一維分層濫用模型，模擬了鋰離子電池的烘箱試驗，發(fā)現(xiàn)負極結(jié)合劑在電池熱失控過程中起的用途很小。Kim等通過建立鋰離子電池的三維熱濫用模型，模擬了不同尺寸圓柱形電池在155℃烘箱試驗中溫度場的演變，研究了化學反應(yīng)在電池中的擴散過程。賴鵬飛等建立了鋰離子電池烘箱的圓柱形三維數(shù)值模型，研究了溫度和充電狀態(tài)對電池熱失控的影響，提出了判定電池熱安全性的臨界曲線分析方法。這些理論和相關(guān)實驗為理解鋰離子電池在高溫環(huán)境下的熱失控供應(yīng)了依據(jù)。但是，這些研究都是基于烘箱試驗，很少涉及到鋰離子電池在恒功率加熱條件下的熱失控過程和放熱。