
1、过充电和过放电:
当电池充满电后仍继续充电,导致电池电压或能量超过设计上限时,称为过充电,在过充电情况下,电芯的充电速率过快或超过了电池设计的充电容量,使得电极材料发生不可逆的化学反应,同时会产生大量的热量。
充满电状态下快速充电易引发电解质分解和SEI膜破坏。正极材料在高电量状态更易分解,释放氧气产生大量热量。当电池电量耗尽后仍继续放电,导致电压低于安全阈值时,称为过放电。
同样,在过放电情况下,电芯的放电速率过快或放电至电池设计容量以下,也会导致电极材料不可逆的化学反应,产生过多的热量。过多的热量积聚在电芯内部,会引发电池内部温度的急剧升高,可能导致电解质的分解、电极材料的损坏,甚至电池包装的破裂,引发热失控现象,进而引发火灾或爆炸等严重安全事故。
2、环境温度:
高温环境可能导致电芯的热失控。在高温环境下,电芯内部温度升高会加速电解质的挥发和电极材料的老化,导致电池内部发生不可逆的化学反应,产生更多的热量,进而引发热失控现象。
在高温环境下,电芯的热量散失被显著降低,导致电芯内部热量的持续积累。电芯长时间暴露在高温环境下,更会加速电池内部材料的老化,降低SEI膜的稳定性。当环境温度超过40℃时,电芯内部化学反应速率会明显增加,SEI膜的保护作用逐渐减弱。
电解质在持续升温过程中稳定性下降,分解反应加剧。环境温度与内部发热相互叠加,加速了热失控的触发过程。热点处的温度快速上升引发周围材料的连锁反应,形成热量积累的恶性循环。环境温度的波动还会造成电池内部应力的反复变化,降低材料的机械强度, 增加热失控风险。
3、机械损伤:
机械损伤可能是由于电池在运输、安装或使用过程中受到挤压、撞击等外力作用而引起的。机械损伤也可能破坏电池包装,导致电池内部的正负极材料短路或接触,引发热失控。
机械损伤对锂电池热失控的触发具有显著影响。不同类型损伤导致的热失控触发温度差异明显,穿刺损伤由于破坏面积集中,在较低温度下就能引发热失控,而挤压损伤需要更高温度。
机械损伤会形成 微观裂纹并在充放电过程中扩展,导致活性物质脱落增加内部电阻。严重损伤造成电解液泄漏会与空气中水分反应产生腐蚀性物质。损伤部位形成的局部热点温度比 周围高出50~100℃,成为热失控起始点。不同类型的接卸损伤类型对热失控触发温度的影响。