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鋰離子電池是商業(yè)上成功的電源，適用于各種應(yīng)用。然而，鋰離子電池的特性使其容易發(fā)生熱失控，從而導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸。為了在發(fā)生熱失控之前減輕安全隱患，已經(jīng)對(duì)電芯以及電池包應(yīng)用了各種策略。

圖1 四種基本電池的外部形狀和內(nèi)部電極結(jié)構(gòu)

韓國(guó)成均館大學(xué)Daeil Kwon等人綜述了鋰離子電池的安全策略，包括正溫度系數(shù)熱敏電阻、正溫度系數(shù)電極、電流中斷裝置、安全通風(fēng)口、保護(hù)電路、阻斷隔膜、電解液添加劑、安全電解液、電池包中的被動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)和電池管理系統(tǒng)。討論了代表性策略的觸發(fā)條件、保護(hù)機(jī)制、缺點(diǎn)和應(yīng)用，并探討了未來(lái)潛在的風(fēng)險(xiǎn)緩解方法。

圖2 圓柱形電池中壓力響應(yīng)電流中斷設(shè)備（CID）的結(jié)構(gòu)示例

對(duì)于商用鋰離子電池，正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻、電流中斷裝置(CID)、安全閥和保護(hù)電路在保護(hù)商用電池免受熱失控方面發(fā)揮著主導(dǎo)作用。阻斷隔膜、電解液添加劑和安全電解液的重點(diǎn)是提高鋰離子電池的安全性，同時(shí)保持電池功能良好。電池級(jí)的安全策略主要是對(duì)溫度、電流、電壓和內(nèi)部壓力的過(guò)高條件作出響應(yīng)。討論了電芯級(jí)安全策略的代表性例子，并按工作機(jī)制或應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分類。

圖3 軟包電池中的壓力響應(yīng)CID設(shè)計(jì)

出于實(shí)際考慮，電池包級(jí)安全策略在大型電氣應(yīng)用中是有效的。高沖擊力、振動(dòng)、熱傳播和氣體釋放位于電池封裝設(shè)計(jì)和熱失控屏障上，而熱管理、電池狀態(tài)估計(jì)和故障診斷是電池管理系統(tǒng)(BMS)的重點(diǎn)。電池包被動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)和BMS協(xié)同工作可以彌補(bǔ)電芯級(jí)安全策略的缺點(diǎn)。

在不久的將來(lái)，電芯級(jí)安全策略將繼續(xù)用于商用電池。安全策略將擴(kuò)展到不同的電池模式，并朝著更低的阻力、更輕的重量、更小的空間和更低的成本發(fā)展。隔膜材料、電解液添加劑和BMS的改進(jìn)可以提高電池的安全性。一旦電池在未來(lái)變得防火，電池安全的可能趨勢(shì)將是拆除安全裝置，以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度，而不引入安全問(wèn)題。

Mitigation strategies for Li-ion battery thermal runaway: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2021. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111437

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