鋰離子電池?zé)崾Э氐脑杏龣C(jī)理和成災(zāi)機(jī)制研究

點(diǎn)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫金華教授以通訊作者身份發(fā)表在《Progress in Energy and Combustion Science》期刊上，題目為“A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies”的評(píng)論文章，王青松特任教授和毛斌斌博士生為該論文的共同第一作者，馬里蘭大學(xué)Stanislav Stoliarov副教授為合作者。該論文結(jié)合孫金華和王青松團(tuán)隊(duì)十多年來在鋰離子電池安全方向的研究成果和國(guó)際研究動(dòng)態(tài)，總結(jié)、歸納了鋰離子電池安全研究的最新進(jìn)展，分析提出了鋰離子電池?zé)崾Э氐脑杏龣C(jī)理和成災(zāi)機(jī)制，并對(duì)其安全研究方向進(jìn)行了展望。

鋰離子電池由于其能量密度高、循環(huán)性能優(yōu)良以及無記憶效應(yīng)，成為便攜式電子產(chǎn)品的主導(dǎo)電源，并在電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但由于其能量密度高以及易燃易爆的組成成分，在熱、電或機(jī)械濫用條件下，極易發(fā)生熱失控燃燒（圖1），近年來由于鋰離子電池?zé)崾Э匾l(fā)的火災(zāi)事故屢見報(bào)導(dǎo)。

圖1 鋰離子電池火災(zāi)事故主要原因分析 該論文首先基于鋰離子電池的結(jié)構(gòu)特性和組成材料，分析了鋰離子電池在不同溫度下主要化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特性，理清了熱失控過程的主控反應(yīng)，詳細(xì)討論了鋰離子電池在典型濫用情形下熱失控的孕育機(jī)制（圖2）；

圖2 鋰離子電池?zé)崾Э刂聻?zāi)歷程 其次介紹了單體電池和電池模組的火災(zāi)行為，以及電池產(chǎn)熱、產(chǎn)氣和熱失控?cái)U(kuò)展的行為特征，分析揭示了電池荷電狀態(tài)、電極材料和電解液等對(duì)電池火災(zāi)行為的影響規(guī)律；

圖3 不同荷電狀態(tài)下的電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)過程 第三，進(jìn)而對(duì)鋰離子電池火災(zāi)防控技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，分析了提升鋰離子電池本質(zhì)安全性技術(shù)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)電池火災(zāi)滅火技術(shù)進(jìn)行了歸納、總結(jié)和評(píng)述；最后，論文對(duì)電池安全性的未來研究方向進(jìn)行了展望。

圖4不同荷電狀態(tài)下的電池內(nèi)部氣體產(chǎn)生

在過去十多年里，孫金華和王青松團(tuán)隊(duì)致力于研究鋰離子電池失控機(jī)理及其火災(zāi)防控方法，在鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)理及火災(zāi)動(dòng)力學(xué)、電池活性材料熱穩(wěn)定性及產(chǎn)熱、安全電解液、電池故障診斷、燃燒特性、電池?zé)崾Э貍鞑ヒ?guī)律以及鋰離子電池消防技術(shù)等領(lǐng)域均取得了眾多具有影響力的科研成果。目前該團(tuán)隊(duì)在鋰離子電池安全方面共發(fā)表SCI論文79篇，論文他引3000余次；申請(qǐng)和授權(quán)發(fā)明專利27項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)和專著1部，獲中國(guó)消防協(xié)會(huì)科技創(chuàng)新一等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
審核編輯：郭婷