圖5 擠壓測試失敗案例

圖5是一個單體電池的擠壓測試的失敗案例。從擠壓頭開始擠壓電池，電池就有少量白煙從頂部冒出(圖5b)，接著就開始噴射出大量白煙(圖5c)，緊接著在第六秒鐘就噴射中大量火星和火焰，電池完全著火爆炸，數(shù)秒鐘之內(nèi)，著火爆炸產(chǎn)生的氣體、煙霧、飛濺出來的殘留物就彌漫到整個測試房間內(nèi)。

我們看一下鋰離子電池在熱失控后從電池內(nèi)部都釋放出哪些氣體。當然，由于每種電池的組成、結(jié)果、化學(xué)狀態(tài)都存在差異，釋放出來的氣體各有差異。通常，這些氣體都是可燃的，當熱失控造成電池內(nèi)部溫度快速上升到一定程度，就有可能觸發(fā)燃燒。這里以一個40Ah NCM/C軟包電池為例說明，它的電解液為LiPF6/EMC/DEC/EC。在充滿電的情況下，通過針刺出發(fā)熱失控，從而采集分析釋放的氣體成分。分析結(jié)果顯示，釋放出來的氣體成分主要包括：

· EMC：碳酸甲酯乙基酯

· DEC：碳酸二乙酯

· EC：碳酸乙烯酯

· Benzene：苯

· Toluene：甲苯

· Styrene：苯乙烯

· Biphenyl：聯(lián)苯

· Acrolein：丙烯醛

· CO：一氧化碳

· COS：硫化碳酰

· Hydrogen fluoride：這是氟化氫

上述這些物質(zhì)中，有些是氣體，有些是揮發(fā)的液體。前三種物質(zhì)是電解液本身揮發(fā)出來的，后面幾種物質(zhì)都是在熱失控過程中形成的新物質(zhì)。上面所有物質(zhì)都已具有一定毒性的，在一定溫度下都是可燃的。

表1 氣體成分

下面再看一個傳統(tǒng)消費類電池，電池材料為LiCoO2/C，2.1Ah軟包電池，能量為7.7Wh。觸發(fā)熱失控后通過設(shè)備采集氣體進行分析，得到表1結(jié)果。這里的氣體成分包括：

·一氧化碳、二氧化碳、氫氣

·甲烷、乙烷、丙烷、異丁烷、丁烷、異戊烷、異戊烷、己烷、乙烯、丙烯、苯、甲苯、苯乙烷

其中，在100%SOC和150%SOC下，體積含量最多的是一氧化碳、二氧化碳和氫氣。主要成分是一氧化碳、二氧化碳和氫氣，其余是烷烴、烯烴、苯等有機物，這些也可使可燃氣體。

同時測量釋放出來的氣體的含量(表2)，從50%SOC到100%SOC，熱失控后釋放出來的氣體含量增加了3倍多。在150%SOC，釋放的氣體含量達到了50%SOC下的7.5倍，一個小小的電池竟然可以釋放出這么多的氣體。

動力電池產(chǎn)品關(guān)乎用戶的生命安全，其安全設(shè)計和要求在整個電池系統(tǒng)設(shè)計中處于最高優(yōu)先級。這需要選擇合適的電池材料、優(yōu)化單體電池設(shè)計、強化模組和系統(tǒng)的電氣安全設(shè)計、應(yīng)用FMEA工具綜合考慮/分析各種安全失效模式和應(yīng)對措施，從而設(shè)計出高性能、高安全的動力電池產(chǎn)品。