鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，鋰電池的安全性問(wèn)題受到關(guān)注。在高溫、過(guò)充等條件下，鋰離子電池存在發(fā)生熱失控風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)自燃火宅事故。

因此，深入研究鋰離子電池的熱失控特性及其產(chǎn)氣行為，對(duì)于提升電池安全性能具有重要意義。

我們選取了《Thermal Runaway Characteristics and Gas Composition Analysis of Lithium-Ion Batteries with Different LFP and NCM Cathode Materials under Inert Atmosphere》文獻(xiàn)進(jìn)行研讀。

文章中以“磷酸鐵鋰（LFP）”和“鎳鈷錳（NCM）”兩種主流正極材料的鋰離子電池為例，探討其在惰性氣氛條件下的熱失控過(guò)程及氣體成分。

在惰性氣氛（如氮?dú)饣驓鍤猓┲?，?duì)電池進(jìn)行加熱處理，模擬其在實(shí)際使用中可能遇到的熱失控情況。通過(guò)高精度的溫度控制和氣體分析設(shè)備，實(shí)時(shí)記錄電池的溫度變化、壓力變化以及產(chǎn)生的氣體成分。

TR現(xiàn)象 

【NCM電池】

在加熱初期，電池內(nèi)部溫度逐漸升高，尚未達(dá)到熱失控的臨界點(diǎn)。此時(shí)，電池可能僅表現(xiàn)出輕微的熱量釋放和氣體產(chǎn)生，這些變化尚不足以對(duì)電池造成實(shí)質(zhì)性損害。

隨著電池內(nèi)部溫度逐漸升高，發(fā)生了更多其他反應(yīng)，產(chǎn)生氣體逐漸增多，壓力逐漸升高，在排氣閥打開(kāi)的那一刻，發(fā)生“TR現(xiàn)象”，隨之而來(lái)的是嚴(yán)重的氣體產(chǎn)生。

【LFP電池】 

在加熱初期，電池內(nèi)部溫度逐漸升高，同樣僅僅表現(xiàn)出輕微的熱量釋放和氣體產(chǎn)生。隨著時(shí)間進(jìn)行，電池沒(méi)有表現(xiàn)出“TR現(xiàn)象”，但由于內(nèi)部壓力過(guò)大，排氣閥打開(kāi)釋放氣體，在 TR 之后經(jīng)歷了兩個(gè)劇烈的產(chǎn)氣階段，第一個(gè)產(chǎn)氣階段比第二個(gè)產(chǎn)氣更強(qiáng)烈。

不同溫度下的【產(chǎn)氣過(guò)程】

70-90℃

SEI膜的亞穩(wěn)態(tài)成分發(fā)生放熱分解導(dǎo)致電池內(nèi)大部分氣體積聚，主要是二氧化碳、甲烷和氧氣。隨著溫度的升高，嵌入鋰進(jìn)一步與有機(jī)溶劑和電解質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致乙烯、丙烯和乙烷的釋放。

90-260℃

同時(shí)發(fā)生三種化學(xué)反應(yīng)，包括SEI熔化、電極內(nèi)部短路、不同陰極材料分解以及與電解質(zhì)反應(yīng)釋放氣體，釋放主要包括氧氣、二氧化碳和一氧化碳。

200-300℃

電解質(zhì)LiPF6會(huì)自動(dòng)分解要分解產(chǎn)物為氟乙烷、二氧化碳、氫氟酸和乙烯。高于260°C，粘結(jié)劑PVDF進(jìn)一步與插層鋰反應(yīng)，直接生成氫氣。這種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在 NCM 和 LFP 電池的 TR 過(guò)程中。

（不同電池類(lèi)型的產(chǎn)氣成分）

LFP電池在TR階段生成的氣體含有較多的H2，因此更加容易達(dá)到可燃條件，根據(jù)產(chǎn)氣結(jié)果，LFP電池具與NCM電池相比，具有更大的風(fēng)險(xiǎn)。

【文獻(xiàn)研讀】

本文通過(guò)對(duì)LFP和NCM兩種正極材料的鋰離子電池在惰性氣氛條件下的熱失控過(guò)程及氣體成分進(jìn)行對(duì)比分析，揭示了其熱失控特性的異同。

研究表明，在正常使用情況下，LFP電池在安全性方面表現(xiàn)更優(yōu)，而NCM電池則需要更嚴(yán)格的安全措施來(lái)確保其在使用過(guò)程中的安全性。但在發(fā)生大規(guī)模的熱失控情況下，慮到產(chǎn)氣成分，LFP電池可能更危險(xiǎn)。

未來(lái)，隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員應(yīng)繼續(xù)深入探索鋰離子電池?zé)崾Э貦C(jī)理和防控技術(shù)。通過(guò)優(yōu)化電池材料、改進(jìn)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加強(qiáng)電池管理系統(tǒng)（BMS）的監(jiān)控和預(yù)警功能等手段，不斷提高鋰離子電池安全性能，為電動(dòng)汽車(chē)、儲(chǔ)能電站等領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。