#优质创作者#如何避免磷酸铁锂电池爆炸？ 原创

关于磷酸铁锂电池爆炸的预防，通常从电池自身的安全性设计（电池内隔膜、正负极材料、电解液） / 被动安全设计（热管理系统） / 主动安全设计（电池健康检测系统SOH）等方面来预防。

磷酸铁锂电池爆炸现象
磷酸铁锂电池的爆炸属于电池管理系统中热管理失控的状态：电池在充放电使用过程中，会因内部各种反应而不断产生热量，若缺少良好的散热系统，热量会在电池内部不断累积，导致电池内部化学反应速率加快，最终发生燃烧爆炸等情况。
根据调查电池热失控引起的电池爆炸中通常是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。本质上热失控是一个能量正反馈循环过程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。

第一方面由于外部条件的触发，例如电池包的碰撞 / 电池内部短路 /大电流持续放电等因素，导致电池包内热量大量积累，在温度达到 100℃后，SEI 膜首先分解，并释放热量，这加速负极与溶剂/粘结剂的反应，释放更多的热量，温度上升到150℃左右，内部电解质分解并继续释放热量，再次加热电池，温度上升到 200℃以上，电池正极已经开始分解，释放出大量热/气体，导致温度持续上升，过热的电池会进一步引发燃烧爆炸。
由于磷酸铁锂电池的热管理失控导致的电池爆炸，那我们需要从原理角度分析才能避免爆炸的问题

磷酸铁锂电池的工作原理
锂离子电池工作的时候，当其正极发生氧化反应，锂离子会从电池正极脱离。当锂离子脱离正极后，它会进入电解液中，并穿过隔膜后到达负极，通过在负极发生还原反应的方式嵌入负极。 由于电池隔膜的效果，电池内部产生的电子无法从电解液中进入负极，电子会经过正极集流体来达到电池外部的电路，电流会在电路中流入负极参与还原反应。 锂离子电池的充放电过程截然不同，锂离子电池放电时，其负极发生氧化反应，锂离子从负极脱离经过隔膜进入正极，发生还原反应的方式嵌入正极，电子流经负极集流体抵达正极并参与正极的反应。

将其正极和负极的反应转换为公式如下：
正极反应式：

负极反应式：

总反应：

磷酸铁锂电池的热量来源
锂离子电池在工作时不断的充放电，在化学反应和物质迁移的过程中，它会产生大量的热量，其产热来源通常为反应热 / 极化热 / 焦耳热。

电池反应热：锂离子电池在工作过程中，由于正负极电化学反应而生成的热量。锂离子电池在工作过程中，进行充放电的过程，即为反应热产生的过程，在充电过程中的锂离子电池发生吸热反应，其产热的反应热为负值，放电过程锂离子电池发生放热的反应，产生的反应热为正值。
电池的焦耳热：由于电流的流动产生的热量，电流通过内阻时产生的热量，其中电池的内阻：正负极集流体 / 电解液 / 隔膜 / 正负极材料
电池的极化热：由于电池内部发生极化反应而产生的热量。电池的极化通常是由锂电池电极的电位偏离而引起，发生极化时，电池的开路电压与平均端电压之间的差距会引发极化热。通常极化热一般假定为存在一个极化内阻R ，当电流流过极化内阻时在电池中产生的焦耳热即等效的极化热
电池的副反应热: 由于电极材料的分解 / 高温下电解液的分解所产生的的热量。由于其热量非常小，在电池的工作时通常将其忽略不计。

磷酸铁锂电池的爆炸预防
磷酸铁锂电池一般可通过电池自身的安全性设计（电池内隔膜、正负极材料、电解液） / 被动安全设计（热管理系统） / 主动安全设计（电池健康检测系统SOH）等方面来预防爆炸。
由于主动和被动安全以前我都有介绍，现在结合实例对电池本身的设计进行详述

电池自身安全需要在安全生产的每个阶段都受到严格控制，无论是在选择材料，设计尺寸，发展行业等方面，都从本质上提高了电池的安全性，技术上的改进可以提高电池的功率比，从而增加了对安全电池设计的需求。
锂电池的正极材料：正极材料可以选择化学上更稳定的材料，或者可以通过使用混合，涂层和分馏技术对正极材料进行优化修饰来最大化电池安全性。

锂电池的负极材料：负极材料的稳定性可以涂石墨或添加到石墨中，或减少其热产生，或研发稳定的材料作为负极。
电解液：添加阻燃剂或使用固体聚合物和离子液体作为阻燃剂，并增加电解液的着火点或闪点，以确保电解液不会使气体沸腾。
SEI 膜：对负极进行表面氧化，高温，气体还原处理或向电解质溶液中添加有机或无机材料（例如硫酰和硬脂酸酯添加剂）可增强 SEI 膜的稳定性和可靠性。

高安全电解液（自聚合高阻抗界面膜）：在加热至120℃以上时，高安全电解液能在高温下自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低热失控反应产热。

尺寸设计：对电池的正负极极耳的尺寸或间距进行设计，能够有效改善电池的温度场及电池发热的均匀性。

锂电池的安全技术实例