作为可实现化学能和电能相互转化的能源载体,锂离子电池因为高工作电压、高比能量、长循环寿命等优点,在便携式电子设备、新能源汽车、储能电网、航空航天等领域均有着广泛的应用。然而近年来有关于锂离子电池的火灾爆炸事故屡见不鲜,尤其是在新能源汽车和储能等领域,为满足工作电压和功率的需求,往往将成百上千节电池经过串、并联后集中使用。在此情形下,当电池模组中某一节电池发生热失控,可能会导致整个电池模块的热失控,最终造成整个电池系统的火灾、爆炸事故。针对锂离子电池模组中的热失控传播事件,在本文中进行了以下研究。(1)开展了三元(NCM)锂离子电池单体热失控孕育机理研究:分别从材料和单体角度研究了锂离子电池在热滥用条件下的热失控孕育过程,分析了电池内部正极、负极、隔膜、电解液以及混合体系等材料热反应的触发温度及产热规律,进一步对三元电池的热失控孕育过程进行了阶段性划分,分析在不同温度区间各个热反应对电池失控的热贡献。研究发现在热失控之前,负极嵌入锂与电解液反应放热对电池的温升起到主导作用。而正极材料与电解液反应释放出更多的热量,反应过程也更加剧烈,但是其触发温度相对较高,更多体现在热失控阶段的剧烈温升。(2)研究了三元(NCM)锂离子电池组热失控传播机制及影响因素:在电池组的热失控传播过程中,电池热失控瞬间造成的热冲击会迅速将毗邻电池局部温度上升到一个较高值,在100%荷电状态(SOC)的圆柱形电池组中该值在250℃以上,对应方形电池组中该值约为400℃。之后毗邻电池表面温度进入“热平衡”阶段,在该阶段电池局部温度始终维持在由热冲击所造成的高温范围内。之后在电池内部靠近高温区域的卷芯位置发生局部热失控,并且迅速扩散至整个电池,电池表现出剧烈的射流烟气或者射流火行为。在SOC较低时,电池热稳定性增强,电池热失控峰值温度降低,进而电池间热失控传播时间得到有效延迟,相应热失控传播过程中电池的燃烧行为明显减弱。(3)三元(NCM)锂离子电池组热失控及传播动力学建模:针对电池组中锂离子电池间的热失控传播问题,首先梳理了单体电池在不同温度区间内的热反应产热规律,建立了单体电池的绝热热失控动力学模型,并与实验进行对比,验证模型的准确性。进一步扩展了在半密闭空间内,5块并行连接的NCM方形锂离子电池组的热失控传播模型,模拟电池组内部的传热过程。并通过设计改变电池容量、结构形式、环境温度等条件,研究不同条件下的热失控传播特性,分析这些因素对于电池组热失控传播过程的影响能力,发现通过增加电池间距可以改变电池间的热传递路径,且电池间距与热失控传播时间呈现出较强的线性关系。基于该模型,开展了热失控传播阻隔研究,分析比较了不同厚度(δ)和导热系数(k)组合的隔热层对电池间热失控传播的阻隔效果。并根据其对热失控传播过程抑制能力的大小,对电池组的安全等级进行半定量划分。