熱失控安全監測的案例
儲能電池系統熱失控安全監測傳感器解決方案
國家標準GB/T 36276—2018中給出的熱失控擴散定義如表2所示。
熱失控的引發原因？
熱失控現象的產生原因可以分為兩類：內因和外因。內因主要指在電池設計及制造過程中產生的原因；外因主要指在電池運輸、安裝及運行維護過程中由于人員、外部條件等導致的原因。分類概括如下▼
鋰電池熱失控反應特征非常劇烈-失控難控制
熱失控預警：儲能電池多維度安全監測預警技術受到國家層面高度重視！
針對熱失控預警技術，2022年08月29，工信部公開征求對《關于推動能源電子產業發展的指導意見（征求意見稿）》的意見（以下簡稱《指導意見》）給出了指導意見。
電池系統集成、檢測評價和回收利用中指導意見：
加強儲能電池多維度安全測試技術、熱失控安全預警技術和評價體系的開發與應用，突破電池安全高效回收拆解、梯次利用和再生利用等技術。
儲能系統智能預警安防中指導意見：
開發基于聲、熱、力、電、氣多物理8參數的智能安全預警技術，以及高效、清潔的消防技術。
電池儲能安全該如何化解？
電池熱失控是指電池持續放熱的連鎖反應，導致電池組溫度急劇上升，進而引發電池燃燒事故的過程。熱失控有三個過程，誘發、發生到蔓延，其中引發熱失控的主要原因是過熱、過充、內短路、碰撞等因素。
展開 基于lab-on-fiber技術原位監測鋰離子電池熱失控
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內能源危機的出現，并在“雙碳”目標驅動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發展，然而電池熱失控被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規模化發展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生。導致電池熱失控的根源，是電池內部一系列復雜且相互關聯的“鏈式副反應”。最具代表性的鏈式反應包括：外部電、熱、機械濫用→內部產熱→SEI膜分解→負極與電解液反應、產氣→隔膜熔化→內部短路→安全閥開啟→正極與電解液反應、產氣→電解液分解、產氣→電解液、氣體燃燒→起火爆炸！從局部短路到大面積短路，電池內部溫度快速提升，可高達800℃以上，引發電池起火爆炸。由此可見，“溯源電池熱失控發生的內在誘因，厘清各分步反應之間的耦聯關系，揭示熱失控主導機制與動力學規律，前移熱失控預警時間窗口”是從根本上解決儲能安全問題的核心。然而，由于電池的密閉結構和內部復雜的反應機制，電池內部核心狀態參量檢測的準確性和實時性無法保證。最新報道的具有“透視”檢測能力的科學儀器（如中子衍射、X射線衍射、冷凍電鏡等），由于儀器體積龐大、價格昂貴，無法應用于電池使用終端。如何科學、及時、準確地預判電池安全隱患，成為當前電池安全領域的國際性科學難題。
02
成果掠影
近期，中國科學技術大學孫金華教授和王青松研究員團隊與暨南大學郭團教授團隊提出了一種可植入電池內部的多模態集成光纖原位監測技術，在國際上率先實現了對商業化鋰電池熱失控全過程的精準分析與提早預警。
展開 做到這些，熱失控將不再是鋰電池安全的不治之癥！
然而電動汽車安全事故的頻發，讓人不得不重新審視電動汽車的安全性。電池熱失控是起火爆炸事故的主要原因。像特斯拉汽車、三星手機等起火事件都涉及到了鋰離子電池的熱失控問題。鋰離子電池的工作溫度范圍很窄，在15～45℃之間，如果溫度超過臨界水平，便會發生熱失控。鋰離子電池一旦發生熱失控，會引發停不下來的連鎖反應，溫度在幾毫秒內迅速上升，內部產熱遠高于散熱速率，電池內部積攢大量熱量，使電池變成氣體，導致電池起火和爆炸，并且幾乎不能以常規方式撲滅，直接威脅到用戶安全。
當前引發鋰電池熱失控的因素多種多樣，總結起來主要有過熱、過充、內短路、碰撞等引起的發熱失控。如何提高電池的安全性，把熱失控的風險降至最低成為人們研究的重中之重。對于單電池來說，其安全性除了與正極材料相關外，還與負極、隔膜、電解液、粘結劑等其他電池組成部分有著很大關系。下面展開講述研究者們是如何在電池材料上降低電池熱失控風險，提高鋰電池安全性。
一、正極材料
出于安全性考慮，正極材料需要與電解液的相容性和穩定性好。常見的正極材料在溫度低于650℃時是相對比較穩定的，充電時處于亞穩定狀態。在過充的情況下，正極的分解反應及其與電解液的反應放出大量熱量，造成爆炸。鈷酸鋰、鎳酸鋰的熱穩定都比較差，鎳鈷錳酸鋰三元材料由于其比容量高、具有較高的比能量密度，成為當下正極材料的理想之選。然而三元材料中鎳的含量較高，材料的循環性能難以保證，熱穩定性較差。
富鎳正極材料在高電壓（>4.3V）和高溫（>50℃）下循環過程中發生結構坍塌導致二次顆粒連續產生微裂縫。這些微裂縫斷開一次顆粒之間的電通路，在相轉變過程中釋放氧氣，導致電化學性能變差。
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