Note7爆炸敲响警钟，锂电池热失控分析和预测

在刚刚过去的9月里，我们被一部手机刷屏了，当然不是iPhone7，而是另一部三星手机Note 7。Note7之所以吸引我们的注意力，不是因为它的强劲性能，而是因为它在国内外多次发生电池火灾和爆炸，以及三星区别对待国内外用户的态度。目前，三星已经停止了Note7在全球的生产和销售，并开始了召回工作。

无论电子设备的性能有多强，它都无法掩盖其安全问题。今天，让我们来研究一下锂离子电池热失控的原因和机制。

对于锂离子电池来说，热失控是最严重的安全事故，会导致锂离子电池起火甚至爆炸，直接威胁用户的安全。锂离子电池的热失控主要是由于锂离子电池内部产生的热量远高于散热率，大量热量积聚在锂离子电池内，引起连锁反应，导致电池起火爆炸。

造成热失控的因素有很多，一般分为内部因素和外部因素两类。内部因素主要有：电池生产缺陷引起的内部短路；电池使用不当会导致电池中出现锂枝晶，从而导致正极和负极之间短路。外部因素主要有：挤压、针刺等外部因素引起的锂离子电池短路；蓄电池外部短路导致蓄电池内部积聚过多的热量；

过高的外部温度会导致SEI膜和阴极材料的分解。

美国得克萨斯大学阿灵顿分校的Krishna Shah分析了锂离子电池的热失控现象，建立了一套锂离子电池热失控的预测机制，对锂离子电池安全设计具有重要参考意义。相关研究表明，锂离子电池的热失控过程主要由以下反应组成：SEI膜分解、电解质与粘合剂反应、电解质与正极活性材料分解。

影响锂离子电池热失控的因素有两个，一个是电池内部的发热率，另一个是锂离子电池的散热率。传统的热分析工具通常假设锂离子电池的发热在整个体积内是均匀的，因此这些工具认为热失控与电池的热导率无关，这与锂离子电池实际情况不同，因此预测结果也不准确。研究表明，即使在26650电池中，也存在较大的热梯度，因此传统的方法和工具无法准确预测电池的内部和外部热状态。

为了解决上述问题，Krishna Shah在传统的锂电热分析模型中添加了热导率参数，从而生成了无量纲参数热失控数（TRN）。起初，Krishna Shah建立了电池温度与发热和散热之间的方程关系，如下所示。

公式中的生热函数Q（T）的泰勒展开是在温度T0下进行的，并且可以通过忽略高阶项来获得以下公式。

然后这个公式需要经过一个复杂的数学求解过程。小编实在看不懂，所以就不给大家介绍了。让我们直接看看结果。最后，得到以下结果。

在整个工作范围内，必须满足上述公式，以确保不会发生热失控。该公式结合了内部传热kr、表面散热μ1、发热率β和电池半径。电池的发热率参数β、散热量和导热系数是控制锂离子电池热失控的关键参数。通过增加β值，TRN值也会增加。当TRN>：1时，电池将失去热控制，并且TRN<：1电池不会发生热失控。需要注意的是，β不是一个固定值，而是随着温度的升高而增加，因此TRN也会增加。

电池的散热主要由两个步骤组成，电池内部的热传导和电池外部的热对流。因此，在一定β的前提下，有必要调整电池的导热系数kr和表面散热参数μ1，以确保TRN<：1，从而确保电池的安全。例如，当β=6000 W/m3K时，kr和μ1的安全范围如上图所示。

通过Krishna Shah的工作，我们可以在电池的安全设计中使用TRN公式来计算锂离子电池的热安全系数，并可以通过相应的实验来测量β值和kr值。根据不同材料的β值和kr值，可以调整电池的R值和表面散热μ1，以确保TRN<：1，确保锂离子电池的安全。在刚刚过去的9月里，我们被一部手机刷屏了，当然不是iPhone7，而是另一部三星手机Note 7。Note7之所以吸引我们的注意力，不是因为它的强劲性能，而是因为它在国内外多次发生电池火灾和爆炸，以及三星区别对待国内外用户的态度。目前，三星已经停止了Note7在全球的生产和销售，并开始了召回工作。

无论电子设备的性能有多强，它都无法掩盖其安全问题。今天，让我们来研究锂热失控的原因和机制……

n个电池。

对于锂离子电池来说，热失控是最严重的安全事故，会导致锂离子电池起火甚至爆炸，直接威胁用户的安全。锂离子电池的热失控主要是由于锂离子电池内部产生的热量远高于散热率，大量热量积聚在锂离子电池内，引起连锁反应，导致电池起火爆炸。

造成热失控的因素有很多，一般分为内部因素和外部因素两类。内部因素主要有：电池生产缺陷引起的内部短路；电池使用不当会导致电池中出现锂枝晶，从而导致正极和负极之间短路。外部因素主要有：挤压、针刺等外部因素引起的锂离子电池短路；蓄电池外部短路导致蓄电池内部积聚过多的热量；

过高的外部温度会导致SEI膜和阴极材料的分解。

美国得克萨斯大学阿灵顿分校的Krishna Shah分析了锂离子电池的热失控现象，建立了一套锂离子电池热失控的预测机制，对锂离子电池安全设计具有重要参考意义。相关研究表明，锂离子电池的热失控过程主要由以下反应组成：SEI膜分解、电解质与粘合剂反应、电解质与正极活性材料分解。

影响锂离子电池热失控的因素有两个，一个是电池内部的发热率，另一个是锂离子电池的散热率。传统的热分析工具通常假设锂离子电池的发热在整个体积内是均匀的，因此这些工具认为热失控与电池的热导率无关，这与锂离子电池实际情况不同，因此预测结果也不准确。研究表明，即使在26650电池中，也存在较大的热梯度，因此传统的方法和工具无法准确预测电池的内部和外部热状态。

为了解决上述问题，Krishna Shah在传统的锂电热分析模型中添加了热导率参数，从而生成了无量纲参数热失控数（TRN）。起初，Krishna Shah建立了电池温度与发热和散热之间的方程关系，如下所示。

公式中的生热函数Q（T）的泰勒展开是在温度T0下进行的，并且可以通过忽略高阶项来获得以下公式。

然后这个公式需要经过一个复杂的数学求解过程。小编实在看不懂，所以就不给大家介绍了。让我们直接看看结果。最后，得到以下结果。

在整个工作范围内，必须满足上述公式，以确保不会发生热失控。该公式结合了内部传热kr、表面散热μ1、发热率β和电池半径。电池的发热率参数β、散热量和导热系数是控制锂离子电池热失控的关键参数。通过增加β值，TRN值也会增加。当TRN>：1时，电池将失去热控制，并且TRN<：1电池不会发生热失控。需要注意的是，β不是一个固定值，而是随着温度的升高而增加，因此TRN也会增加。

电池的散热主要由两个步骤组成，电池内部的热传导和电池外部的热对流。因此，在一定β的前提下，有必要调整电池的导热系数kr和表面散热参数μ1，以确保TRN<：1，从而确保电池的安全。例如，当β=6000 W/m3K时，kr和μ1的安全范围如上图所示。

通过Krishna Shah的工作，我们可以在电池的安全设计中使用TRN公式来计算锂离子电池的热安全系数，并可以通过相应的实验来测量β值和kr值。根据不同材料的β值和kr值，可以调整电池的R值和表面散热μ1，以确保TRN<：1，确保锂离子电池的安全。

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