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锂离子电池热失控监测、预警及防护技术综述
摘要：锂离子电池因其能量密度高、寿命长、绿色环保等特点，被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、电动船舶等人类生活的各个领域。然而，锂离子电池本身的安全问题不容忽视。由于热失控引起的火灾、爆炸等事件造成了重大的财产损失和人员伤亡，锂离子电池的安全性受到越来越多的关注。锂离子电池在经历电滥用、热滥用等问题时，很容易发生热失控。本研究比较了各种监测、预警和防护技术，总结了目前锂离子电池热失控的安全预警技术，结合热失控相关知识，分析并预测了电池热失控监测、预警和防护的未来趋势。
在锂离子电池组中探索热失控期间的颗粒过滤
图1。图像显示了由Northvolt为Scania生产的棱柱形电池。[5] ....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 从电池电池到电池系统的最终产品的组件的示意图表示。 [17] ............................................................................................................................................ 14 Figure 3. 最常见的电池单元类型的示意图。 [25] .......................................................................................................................................................... 16 Figure 4. 棱柱电池电池模块的图。 [23] .................................................................... 18 Figure 5. 带有标记组件的电池组的示意图。 [38] ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... SAE International描述的双阶段通风孔功能的图。 [39] ........ 20图7。 （a）在温度与时间图中的热失控事件之前的通风场景的图形表示。 （b）在通风和热失控过程中产生的气体的图形表示与电池一起可以分别以物质温度和时间图温度温度。 [42] ............................................................................................................... 22 Figure 8. [8] ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 示意性表示在热失控期间弹出颗粒的方式。[5] .......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................从电池电池到电池系统的最终产品的组件的示意图表示。[17] ............................................................................................................................................ 14 Figure 3.最常见的电池单元类型的示意图。[25] .......................................................................................................................................................... 16 Figure 4.棱柱电池电池模块的图。[23] .................................................................... 18 Figure 5.带有标记组件的电池组的示意图。[38] ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... SAE International描述的双阶段通风孔功能的图。 [39] ........ 20图7。 （a）在温度与时间图中的热失控事件之前的通风场景的图形表示。 （b）在通风和热失控过程中产生的气体的图形表示与电池一起可以分别以物质温度和时间图温度温度。 [42] ............................................................................................................... 22 Figure 8. [8] ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 示意性表示在热失控期间弹出颗粒的方式。[38] ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................SAE International描述的双阶段通风孔功能的图。[39] ........ 20图7。（a）在温度与时间图中的热失控事件之前的通风场景的图形表示。（b）在通风和热失控过程中产生的气体的图形表示与电池一起可以分别以物质温度和时间图温度温度。[42] ............................................................................................................... 22 Figure 8.[8] ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ 示意性表示在热失控期间弹出颗粒的方式。[8] ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................示意性表示在热失控期间弹出颗粒的方式。（a）ni，co和Mn的热失控粒子的质量百分比和元素组成的图形表示，以及（b）al，cu，f，p，p，以及其他元素。[74] .......................................................................................................................................................... 27 Figure 10.tr中包括粒子射血的阶段的示意图。[74] ......... 28图11。深度过滤器中主要过滤机制的示意图。[79] ..................................................................................................................................................................................................................................从棱柱形液体上的热失控测试中收集的颗粒的尺寸分布，其中a）显示了整个样品的尺寸分布，b）显示了a中第一个峰的尺寸分布。[74] ........................................................................................................................................ 33 Figure 13.带有孔的钢板的示意性重新陈述。............................................................. 37 Figure 14. a) Sketch of test set-up of singular cell and filter material.b) Image of test set-up of singular cell, filter material, and temperature sensors.......................................................................... 37 Figure 15.在测试期间拍摄的图像显示过滤器暴露于火焰的类型。由于机密性目的，未包含在图像中的单元。 ..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... TR测试后过滤器A的图像。 TR测试后滤波器C的图像。未包含在图像中的单元。.....................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................TR测试后过滤器A的图像。TR测试后滤波器C的图像。.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................TR测试后滤波器B的图像（试验1）.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................Image of Filter B (Trial 2) after the TR test............................................................................. 41 Figure 19.......................................................................................... 41 Figure 20.所有过滤器的图像（a，b（试验1），b（试验2），c）在TR测试进行比较之后................................................................................................................................. 42图21。SEM images of Filter B (Trial 1) after the TR test ................................................................... 43 Figure 22.TR测试后，从过滤器B的SEM图像（试验1）中进行了。 .................................................. 43 Figure 23. SEM images of Filter B (Trial 2) after the TR test ................................................................... 44 Figure 24. TR测试后，来自滤波器B（试验2）的SEM图像的。 ......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... SEM images of Filter C after the TR test ................................................................................ 45从过滤器B的SEM图像（试验1）中进行了。.................................................. 43 Figure 23.SEM images of Filter B (Trial 2) after the TR test ................................................................... 44 Figure 24.。.........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................SEM images of Filter C after the TR test ................................................................................ 45
应用NDIR传感器系统为早期的热失控警告
摘要：本文提议应用新开发的非分散性红外光谱（NDIR）气体传感系统，该系统由Pyroelectric红外探测器组成，以实时监视液化液体电池的热失控（TR）过程，并实现电池TR过程的预警系统。新的电动车辆安全性 - 全球技术法规（EVS-GTR）要求在严重事件发生前至少五分钟向乘客提供警告。实验结果表明，在汽车电池的过度充电测试中检测到二氧化碳和甲烷气体，并且在电池通风孔关闭时，在电池TR之前预先检测到目标气体。为了进一步探索电池TR机构，使用电池通风口打开的电池样品进行了实验。在电池温度达到电池管理系统（BMS）的公共警报温度（60℃）之前，检测到目标气体。在这项研究中，证明了NDIR气体传感器在热失控警告中对汽车电池的有益效应，并显示出巨大的应用前景和商业价值。
在惰性气氛下使用不同LFP和NCM阴极材料的锂离子电池的热失控特性和气体组成分析
摘要：在热失控（TR）期间，锂离子电池（LIBS）产生大量气体，当电池故障并随后燃烧或爆炸时，电动汽车和电化学能源存储系统可能会造成不可想象的灾难。因此，要系统地分析具有Lifepo 4（LFP）和Lini X Co Y Mn Z O 2（NCM）阴极材料的常用LIB的热后失控特性，并在电池热逃亡过程中最大程度地发挥了原位气体，我们在电池热失控过程中最大程度地发电了实验，则使用Adiabatic Explotic爆炸室（AEC）（AEC）测试libes libs libs libs libs libs libs libs。此外，我们对热失控过程中产生的气体成分进行了原位分析。我们的研究发现表明，在热失控之后，NCM电池比LFP电池产生的气体更多。基于电池气体的产生，TR造成的伤害程度可以排名如下：NCM9 0.5 0.5> NCM811> NCM622> NCM523> NCM523> LFP。NCM和LFP电池的热失控期间的主要气体组件包括H 2，CO，CO 2，C 2 H 4和CH 4。LFP电池产生的气体包含h 2的高比例。与NCM电池产生的混合气体相比，LFP电池在TR期间产生的LFP电池产生的气体的高浓度较低。因此，就电池TR气体组成而言，危险水平的顺序为LFP> NCM811> NCM622> NCM523> NCM9> NCM9 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5。尽管LFP电池非常安全，但我们的研究结果再次引起了研究人员对LFP电池的关注。尽管实验结果表明，在大规模电池热失控事件中，LFP电池具有较高的热稳定性和较低的气体产生，考虑到气体产生成分和热失控产品，但LFP电池的热失控风险可能高于NCM电池。这些气体还可以用作电池热失控警告的检测信号，为未来电化学能源存储和可再生能源行业的未来开发提供了警告。
缓解 NCM 811 方形电池的热失控蔓延
H. Niu, C. Chen, Y. Liu, L. Li, Z. Li, D. Ji, X. Huang (2022) 通过以下方法缓解 NCM 811 方形电池的热失控蔓延
锂离子电池的热失控：内部动力学、质量喷射和热量如何随电池几何形状和滥用类型而变化
锂离子电池的热失控可能涉及各种类型的故障机制，每种机制都有其独特的特征。使用分数热失控量热法和高速射线照相术，对三种不同几何形状的圆柱形电池（18650、21700 和 D 型电池）对不同滥用机制（热滥用、内部短路和钉子刺穿）的响应进行了量化和统计检查。确定了电池几何形状与其热行为之间的相关性，例如在钉子刺穿过程中，随着电池直径的增加，电池每安培小时的热量输出（kJ Ah − 1 ）会增加。高速射线照相术显示，与热滥用或内部短路滥用相比，钉子刺穿时电池内的热失控传播速率通常最高，其中随着直径的增加，传播速率相对增加。对于在相同条件下测试的特定电池模型，观察到热量输出分布，随着质量喷射的增加，热量输出呈增加的趋势。最后，使用嵌入在穿透钉中的热电偶进行内部温度测量被证明是不可靠的，因此表明在温度快速变化的情况下使用热电偶时需要小心。本文中使用的所有数据均通过 NREL 和 NASA 电池故障数据库开放获取。© 2022 作者。由 IOP Publishing Limited 代表电化学学会出版。这是一篇开放获取的文章，根据知识共享署名 4.0 许可条款分发（CC BY，http://creativecommons.org/licenses/ by/4.0/ ），允许在任何媒体中不受限制地重复使用作品，前提是正确引用原始作品。[DOI：10.1149/ 1945-7111/ac4fef ]
