随着电子技术的快速发展，锂离子电池已经成为我们生活着不可缺少的部分，而电动汽车的普及更是让锂离子电池与我们的出行安全紧密的联系在一起，2016年5月全世界总计销售250万辆插电式混合动力汽车，而日产汽车在6月份共计销售25万辆纯电动汽车，电动汽车已经越来越多的融入到我们的日常生活之中。
经过多年技术的发展，锂离子电池的安全性得到了极大的提升，但是热失控仍然是困扰着锂离子电池的严重安全问题。特别是在电池组中，一旦发生热失控，高温会导致热失控在电池组中蔓延，后果不堪设想。以特斯拉的Model S为例，其锂离子电池组由7000多只18650电池组成，一旦热失控在电池组内蔓延，将造成灾难性的后果。
对锂离子电池热失控感触最深的恐怕要数波音公司了，在波音公司推出的787梦想客机上，广泛的采用了锂离子电池作为储能电源，用来在飞机引擎尚未启动时或停止工作时驱动飞机上的机械和电子设备，但是连续的锂离子电池安全事故，让这架承载着未来梦想的客机蒙上了一层阴影。
其中2013年1月，发生在美国波士顿的一架日本航空公司的787客机锂离子电池起火事件，根据美国国家运输安全委员会的调查显示，正是电池组中的一只由日本汤浅公司生产的75Ah方形电池发生热失控后，高温引发了相邻电池的热失控导致的，这次事件后波音公司要求在所有的电池组上都要增加防止热失控扩散的措施。
对于电池组来说，一只电池发生热失控并不可怕，只要及时阻断，就能够保证整个电池组的安全，因此有必要在电池组的设计当中引入适当的安全措施，以避免热失控在电池组内部蔓延，引发更大的安全事故。
在锂离子电池发生热失控时，电池的温度可以达到700摄氏度，大量的热量通过对流、传导和辐射等方式传导到周围的电池上，从而导致热失控在电池组内部发生蔓延。
美国的Allcell Technology公司开发了一款基于相变材料的锂电池热失控预防材料PCC，该材料的作用机理是在正常的情况下，锂离子电池的热量通过PCC材料快速传导到电池组外，随着锂离子电池组的温度进一步升高，PCC材料中的石蜡成分将会发生融化，从而吸收多余的热量，使锂离子电池的温度不再升高，从而阻止热失控在锂离子电池内部蔓延。
传统的锂离子电池热管理一般是通过空气、液体或者被动散热的方式进行，但是这些系统都各有优缺点，液体冷却虽然效果好，但是存在泄漏风险，运行需要消耗电池组能量，强制风冷散热会在电池组内部形成较大的温度梯度，被动散热虽然在成本和重量上具有优势，但是散热效果要远低于其他散热方式。
采用相变复合材料PCC是一种可行的选择，PCC采用石墨和蜡组成，当锂离子电池放电或者发生热失控产热时，PCC中的蜡会发生融化，从而将热量吸收，避免温度进一步上升，PCC的热导率达到20 W m -1 K -1，远高于空气的0.024 W m -1 K -1，也比锂离子电池的常规填充物2.5 W m -1 K -1要高，保证了良好的导热率，能够满足锂离子电池正常的散热需求。
试验中的电池组采用了4并10串的结构，单体电池采用了能量型2.85Ah的18650电池，通过针刺引发电池的热失控反应，观察并记录周边电池的行为。PCC的添加量为0.33Kg，约为电池组重量的12.1%。
在不填充PCC的电池组中，被针刺的电池立刻发生了热失控并泄漏，电池温度达到400摄氏度以上，周围相邻的电池温度达到了149-189摄氏度，而稍远的电池温度受影响较小。而通过在电池组中加入PCC材料，可以显著降低电池的温度，测试结果显示发生热控的电池温度仅有179摄氏度，而周围相邻的电池温度仅仅达到87-108摄氏度。
在更为严重的情况下，也就是一只电池在发生热失控的情况下，汇流条没有脱落，从而导致并联的其他并联电池通过热失控电池发生短路，没有PCC保护的对照组电池，发生热失控电池的温度很快达到了578摄氏度，与之相邻的电池温度也快速上升，也发生了热失控，最终在这个电池组中有20只电池发生了热失控。
而在电池组中加入PCC的实验组电池中，发生热失控的电池最高温度仅仅达到了218摄氏度，周围相邻的电池最高温度仅仅为98-111摄氏度，在整个过程中，电池组中的其他电池都没有发生热失控。
从上述的试验结果来看，通过在电池组的电池之间加入PCC保护材料，可以快速的将电池在放电或者热失控过程中所产生的热量传导到电池组外，降低电池的温度，并在电池组内有电池发生热失控的情况下，保护周围相邻的电池，使其温度不至于上升的过高，从而避免热失控在电池组内蔓延，极大的提高了锂离子电池组的安全性。
文主要参考以下文献，文章仅用于对相关科学糖心vlog的介绍和评论，以及课堂教学和科学研究，不得作为商业用途。如有任何版权问题，请随时与我们联系。
CONTACT US
ICC APP
