储能锂离子电池热失控的原因

现有的商业锂离子电池大多采用有机电解质，易燃易爆，特别是在大型储能电站中，数万甚至数十万储能电池串并联，容易导致连锁反应、火灾和爆炸事故。

储能锂离子电池热失控的主要原因有两个：一是外部原因，储能电站空间封闭，内部储存大量能量，充放电电化学反应释放热能，具有潜在的热失控风险；另一个是内部原因，锂离子电池电解液化学反应容易导致热失控。

在电池结构上，以磷酸铁锂电池为例。磷酸铁锂电池的正极附着在铝箔上，负极涂在铜箔上 在上面，中间的聚合物隔膜将正负极分开，锂离子可以 通过隔膜来回移动。电池用铝合金外壳密封，里面装满了电解质。

磷酸铁锂电池一旦发生热失控，将经历早期热失控(约100℃)、电池鼓包阶段(约300℃)和起火爆炸阶段(超过300℃)三个阶段。

在热失控初期，电池内部温度升高到100℃左右，SEI分解，隔膜融化，产生气体。

现阶段，电池内部温度迅速升至近100℃，电池负极表面固体电解质界面膜钝化层分解，电池SEI膜失去保护。超过100℃时，化学反应产生二氧化碳等气体。约150℃时，电池中的聚乙烯隔膜和聚丙烯隔膜相继融化，电池中的电解质与正极发生反应。

与此同时，当电池温度升高时，电池的正负接触会导致短路。电解质与其他有机溶剂发生分解和放热化学反应，释放二氧化碳、氟化氢、氢等气体。

在电池鼓包阶段，电池内部温度升高到300℃左右，产生大量可燃气体，产生鼓包现象。

在这个阶段，当锂离子电池的温度上升到300℃左右时，锂与电解质和有机溶剂发生化学反应，产生大量的碳氢化合物可燃气体，如甲烷和丙烷。电池的内部空间是封闭的，气体不能迅速扩散，大量积累在电池中，导致电池膨胀。

第三阶段，电池内部温度在起火爆炸阶段超过300℃，电池内发生强氧化还原反应，发生明火。

在这一阶段，电池仍处于充电状态，正极和电解质仍处于强氧化还原反应，电池迅速升高到高温，释放出大量有毒气体。

目前储能电站多采用储能舱形式，舱内电池模块排列紧密。热失控高温状态的电池模块容易影响其他电池模块的热失控，引起连锁反应，最终导致电池明火爆炸。