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　　說起鋰離子電池大家都不陌生，我們幾乎每天的生活都離不開鋰離子電池的支持，在我們點亮手機屏幕的瞬間，正是來自鋰離子電池的能量驅動液晶屏幕發出光子，顯示圖像。隨著電子設備的快速普及，我們周圍越來越多的電子設備開始使用鋰離子電池提供能源，手機、筆記本、ipad都使用鋰離子電池作為儲能電源，試想一下，如果我們周圍環繞著各種類型的鋰離子電池，我們最關心的是什么呢？當然是安全性，我們可不想鋰離子電池像一顆定時炸彈一樣，隨時威脅著我們的生命和財產安全，特別你還會把這顆定時炸彈放在褲兜里。

　　國際上，以SAFT為代表的空間電源供應商，已經開始將鋰離子電池在航天領域的大規模應用，由于航天的特殊性，空間電源對鋰離子電池的安全性和可靠性有著嚴格的要求，特別是載人航天領域，對電源系統可靠性和安全性的要求近乎苛刻。對于鋰離子電池來說最嚴重的安全問題就是熱失控，何為熱失控呢，簡單的說就是電池的產熱速率遠高于散熱速率，導致大量的熱量在鋰離子電池內部積聚，引起SEI膜，正極材料的分解，電解液氧化導致鋰離子電池起火和爆炸，引發嚴重的安全問題。因此對于鋰離子電池來說，熱失控的機理研究就尤為重要，特別是對于載人航天領域。今天小編就帶大家看以下美國國家航空航天局（NASA）對于鋰離子電池熱失控的起因和機理的研究報告。

　　目前包括國際空間站的儲備能源系統和宇航員的艙外活動裝置等都采用了鋰離子電池作為儲能電源，對于載人航天，NASA優先考慮的就是安全性，如何避免鋰離子電池熱失控以及抑制熱失控在電池之間的傳播，保障宇航員的安全是NASA需要優先考慮的問題，因此NASA設計了一種“標準”加速量熱法，用以研究鋰離子電池的熱失控反應，該方法可以準確的測量鋰離子電池在熱失控中所釋放的熱量，為鋰離子電池的熱管理系統設計提供了重要的依據。

　　NASA選取了三種電池進行了測量，分別是美國波士頓Boston Power Swing5300電池，三星18650-26F電池和Molicel的18650-J電池。選擇著三種電池主要基于三種不同的空間應用需要：1）機器人助手R2的電源供應；2）EVA艙外活動可拆卸式可充電電池；3）EMU艙外活動裝置長壽命電池。

　　鋰離子電池在熱失控的過程中由于鋰離子電池會向系統釋放高溫噴出物和氣體，導致鋰離子電池的重量減小，因此傳統的加速量熱法采集電池本身溫度的方法，并不能準確統計在熱失控中鋰離子電池的釋放的熱量，因此NASA的工程師在鋰離子電池的外部增加了一個密封外殼，避免了高溫氣體的外泄，并利用上述裝置測量了具有50%和100%SOC狀態的三種電池。

　　測試結果顯示，電池的SOC狀態與鋰離子電池熱失控有著密切的關系，SOC狀態越高，熱失控的誘發溫度越低，例如在100%SOC下，三種電池的熱失控誘發溫度都在100℃左右，而50%SOC狀態下，電池的熱失控誘發溫度則要140℃左右。在100%SOC狀態下，BP的5300電池的熱失控最高溫度要明顯低于18650電池，這主要得益于5300電池采用了鋁殼，能在較低的壓力下就釋放壓力，阻斷溫度的進一步積累。對比三種電池在熱失控過程中所釋放的能量可以發現，由于BP5300電池的質量較大，100%SOC狀態下所釋放的能量達到98.6kJ，是其他兩種18650電池的兩倍。研究還發現鋰離子電池在熱失控中釋放的能量要高于電池滿電狀態下電池所儲存的電化學能量，例如BP5300電池100%SOC時儲存的能量為69.7kJ，但在熱失控中卻釋放出了98.6kJ的能量，這主要是在熱失控狀態下鋰離子電池正極、負極，以及溶質鹽和電解液之間發生的反應釋放了大量的化學能，例如在18650電池中，不計算電解液燃燒的釋放的能量，僅分解反應所釋放的能量可以達到29-49kJ，而計算電解液燃燒所釋放的能量，一只18650電池就可以釋放119-175kJ的能量。為了量化這一數據，NASA的工程師設計了一個新的參數，？E=Eexperiment/Estore，既實驗釋放的能量與電池中所存儲的電化學能之間的比值，對于100%SOC的電池，這一值一半為1.0-1.6之間，50%SOC的電池，這一值一半在1.3-1.9之間，一種電池的？E值對于電池系統的熱管理具有重要的意義。

　　NASA工程師所設計的“標準”量熱法能夠更加準確的測量鋰離子電池在熱失控過程中所釋放的能量，研究結果顯示鋰離子電池的SOC狀態與熱失控的誘發溫度和釋放的能量具有密切關系，SOC狀態越高，熱失控的誘發溫度越低，釋放的能量越多。熱失控參數？E表征了鋰離子電池熱失控釋放的能量與其所儲存能量的比值，對鋰離子電池的熱管理系統設計具有重要的意義。

　　本文主要參考以下文獻，文章僅用于對相關科學作品的介紹和評論，以及課堂教學和科學研究，不得作為商業用途。如有任何版權問題，請隨時與我們聯系。

　　Energy distributionsexhibited during thermal runaway of commercial lithium ion batteries used forhuman spaceflight applications， Journal of Power Source， 329(2016)， SandeepYayathi，