锂电池的热失控安全保护 | 赛尔特(SETsafe | SETfuse)解决方案与产品

为什么要对锂电池的热失控进行安全保护

锂电池热失控原因

锂离子电池热失控是指放热反应失控，导致温度迅速升高、气体释放，并可能引发火灾或爆炸。主要原因包括：

过热：

外部温度过高（如暴露于热源或高温环境）或内部发热（如过充电或高放电率）可能触发热失控。通常，温度超过150°C（302°F）会引发电池组件的放热反应。

过充电：

施加超过电池安全限制的电压（如典型锂离子电池>4.2V）会导致锂离子过量流动，引起阴极分解、电解液分解和热量产生，从而破坏电池稳定性，引发热失控。

物理损伤：

机械滥用，如刺穿、挤压或振动，可能损坏正负极之间的隔膜，导致内部短路。这会引发直接电子流动，产生热量并触发热失控。

内部短路：

制造缺陷（如金属杂质或隔膜缺陷）或快速充电期间的枝晶生长（锂沉积）可能造成电池内部意外的电流通路，导致局部过热和热失控。

电解液分解：

在高温或高电压下，液体电解质（通常为有机溶剂中的锂盐）分解，释放出易燃气体，如乙烯和一氧化碳。这些气体可能点燃或积聚压力，加剧反应。

外部短路：

错误接线或外部损坏连接正负极可能导致快速放电，产生过多热量，触发热失控。

电池老化：

随着时间推移，多次充放电循环会使电池内部结构退化，增加内阻和热量生成，从而降低热失控的阈值。

充电器或BMS故障：

电池管理系统（BMS）故障或不兼容的充电器可能无法有效调节电压、电流或温度，从而为热失控创造条件。

一旦热失控开始，热量会引发进一步的反应（如约200°C时的阴极分解、阳极-电解液反应或隔膜熔化），释放更多热量和气体。这种反馈循环可能导致电池破裂、起火或爆炸，若无安全机制（如通风口或热断路器）缓解。

基于以上原因，需要对锂电池热失控进行安全保护来确保使用锂电池的设备是安全的。

赛尔特（SETsafe | SETfuse）解决方案产品

针对本文技术文章锂电池的热失控安全保护解决方案中的---“安全装置”，赛尔特（SETsafe | SETfuse）解决方案产品：

产品：

温度保险丝-合金型 Thermal-Link  Alloy Type (ATCO) 

针对电芯热失控保护全新设计的产品：YF系列。

产品部份特点：

温度敏感元件 / 小尺寸 / 动作温度精确 ±2 ℃ / 一次性动作不可复位 / 符合RoHS，REACH / 可定制化服务。

适用于：

软包电池、圆柱电池。

保护原理：

锂电池的故障特性是异常发热，利用低熔点合金作为锂电池的电气连接保护，在出现单一异常时，切断热传导路径及放电路径，实现热电分离，减少热扩散发生的概率。

如需了解更多信息，请联系：sales@SETfuse.com

技术文章

锂电池的热失控安全保护赛尔特解决方案（仅供参考）

锂电池热失控原因

锂电池热失控（Thermal Runaway）是指电池在某些异常条件下温度快速升高，导致不可控的化学反应，最终可能引发燃烧或爆炸。其主要原因包括：

过充电/过放电：

电池电压超出安全范围，导致电解液分解、产气或电极材料结构破坏。

短路：

内部短路（如制造缺陷、隔膜破损）或外部短路（如线路故障）引发高电流和局部过热。

高温环境：

外部高温（如火灾、阳光暴晒）或电池散热不良，使电池温度超过临界点。

机械损伤：

撞击、挤压、刺穿等导致电池内部结构破坏，引发短路或电解液泄漏。

制造缺陷：

电极材料杂质、隔膜缺陷或组装不当，增加热失控风险。

电池老化：

循环使用后，电池内部材料退化，副反应增加，可能诱发热失控。

现象

热失控的过程通常伴随以下现象：

温度快速升高：电池温度可迅速升至数百摄氏度。

气体释放：

电解液分解产生大量可燃气体（如H₂、CO、CH₄），导致电池鼓胀或喷射。

烟雾和火焰：

电池外壳破裂，释放有毒烟雾，甚至引发燃烧或爆炸。

电性能异常：

电压异常波动，容量快速下降。

物理变形：

电池可能膨胀、破裂或喷出电解液。

解决方案

针对热失控的预防和控制，需从设计、制造、使用和应急管理多方面入手。

改进电池设计：

材料优化：

采用高热稳定性的正极材料（如磷酸铁锂LFP替代三元材料NCM）、耐高温电解液和陶瓷涂层隔膜。

安全装置：

在电池单体中加入防爆阀、热敏电阻或过温度熔断器，及时释放压力或切断电流。

热管理：

设计高效的电池热管理系统（BMS），通过液冷或风冷控制温度。

制造质量控制：

提高生产工艺一致性，减少杂质、缺陷。

严格筛选和测试电池单体，确保无内部短路隐患。

电池管理系统（BMS）优化：

实时监控电压、电流、温度，及时检测异常。

设置过充、过放、过温保护机制，自动切断电路。

引入AI算法预测热失控风险。

锂电池热失控是多因素耦合的结果，涉及设计、制造和使用环节。通过优化材料、加强BMS管理、规范使用行为和完善应急措施，可以显著降低热失控风险。