锂离子电池具有单位体积内的包含的能量大、输出电压高、无记忆效应、循环寿命长、环境污染小等特点，目前已经大范围的应用于储能、汽车、航天、电子信息等工业领域。锂离子电池在过充过放、短路及热冲击条件下，内部结构会发生损坏，电池材料之间发生一系列化学反应，反应产生的热量和气体使得电池壳体内部发生热量积累，同时压力升高，当压力积累到某些特定的程度时，电池安全阀打开，释放出部分气体同时带走少量能量;而当安全阀效果有限或者完全失效时，电池就可能会发生起火甚至爆炸。尤其是新一代高比能动力电池单位体积内的包含的能量更高预计将会达到300 Wh kg-1，这就对电池的热安全性提出了更高的要求，因为一旦新型电池发生热爆炸，势必释放更多的能量，将有可能造成更大的危害。

　　本文使用扩展尺寸加速量热仪(EV-ARC)，对量热仪腔体内的锂离子电池形成热冲击，诱导其发生热爆炸，实验中18650型三元锂离子电池(额定容量2Ah)被置于密封的耐压罐中，经过测量锂离子电池热爆炸过程中的初始温度和最高温度，可以计算得到电池发生热爆炸时释放的能量，并将其换算为电池爆炸当量，获得电池爆炸当量与耐压罐内部压力、电池容量的关系，阐释锂离子电池的热爆炸危险性。

　　图1为SOC分别为0、25%、50%、75%和100%时，锂离子电池表面温度随时间的变动情况。从图中能够准确的看出，随着SOC的增加，电池表面峰值温度上升，从25%到100%，电池表面最高温度分别为460.06 ℃、617.31 ℃、686.79 ℃和790.28 ℃，并且随着电池SOC的增加，电池从开始受热到发生热爆炸的时间也会缩短;而当SOC=0%时，电池没发生热失控。

　　图2给出了SOC分别为0、25%、50%、75%和100%时，不锈钢耐压罐内部压力随时间的变动情况。从图中能够准确的看出，随着SOC的增加，耐压罐内部峰值压力增大，这一趋势与电池表面温度随时间的变动情况是相同的，从25%到100%，耐压罐内部压力的最大值分别为13.14 bar(1bar=105Pa)、18.58 bar、24.56 bar和43.53 bar。而当SOC=0%时，由于电池始终没发生热失控，所以耐压罐内部压力变化不大，只是随着温度上升而有小幅度增加，当电池安全阀打开时，电池表面温度会有小幅度降低，同时压力曲线出现一个很小的波峰，峰值为1.47 bar。

　　利用实验获得的锂离子电池发生热爆炸时的初始温度和最高温度，可以计算电池发生热爆炸时的反应热，将这一反应热视为电池发生热爆炸时的爆热，并换算为TNT爆炸当量：

　　式(1)和式(2)为电池爆炸当量计算方式。式中，H为电池发生热爆炸时的反应热，kJ;Cp为18650型三元锂离子电池的比热容，根据文献调研[13]及实验分析，取1.1 J/(g℃);mcell 为实验开始前电池的质量，g;Tmax和T0分别为电池发生热爆炸的表面初始温度和最高温度;w为电池爆炸当量;HTNT为的爆热，为4437～4765 kJ/kg，实验中取4437 kJ/kg。数据计算结果如表1所示。

　　注：“n”代表电池发生热爆炸时的爆热与电池里面储存化学能量(利用充电容量计算)的比值。

　　从表1中能够准确的看出，随着电池SOC的增加，电池发生热爆炸时的TNT当量也在增加，SOC=100%时达到了5.45 g TNT，约是SOC=25%时的2.5倍;“n”值代表电池发生热爆炸时释放的反应热与电池里面化学能的比值，随着电池SOC的增加，n值呈逐渐下降的趋势，并能推断出，当电池SOC处于50%和65%之间某一值时，n值为1。

　　图3 电池爆炸当量与耐压罐内部最大压力关系曲线中数据来进行的曲线拟合，能够准确的看出，电池爆炸当量与耐压罐内部压力最大值呈现二次关系，即虽然随着电池里面储存能量的增多，电池发生爆炸后，爆炸当量和电池在密闭空间中产生的压力都会升高，但是压力增长的速度将会超过爆炸当量增长的速度，与电池由于热爆炸释放出的热量相比，热爆炸产生的冲击波压力可能会产生更大的破坏性。

　　电池SOC越高，电池在热冲击条件下发生热爆炸的时间越短，电池表面最高温度越高，计算得到的电池爆炸当量也更大，同时耐压罐中的压力值也更大，而当电池SOC=0%时，电池不可能会发生热爆炸，是电池最安全的状态。当电池SOC=100%时，额定容量2000 mAh的18650三元锂离子电池发生爆炸时的爆炸当量为5.45 gTNT，电池表面最高温度达到744.84 ℃，并在292 mL的密闭空间中产生40.69 bar的压力。实验发现，18650型锂离子电池的SOC越高，即电池里面储存的能量越多，其爆炸危险性越大。所以对于高能量密度的大尺寸动力电池，更要注意电池的热安全性，避免电池发生热爆炸。

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