鋰(li)(li)(li)離(li)子(zi)電(dian)池具有(you)能量密度(du)高(gao)、循環時(shi)間長的(de)(de)特(te)點，但鋰(li)(li)(li)離(li)子(zi)電(dian)池也存在安全隱患，這是鋰(li)(li)(li)離(li)子(zi)電(dian)池的(de)(de)主要問題之一。高(gao)能量密度(du)的(de)(de)鋰(li)(li)(li)離(li)子(zi)電(dian)池在遇到機、電(dian)或(huo)熱(re)(re)(re)濫用時(shi)，容易引(yin)發(fa)熱(re)(re)(re)失(shi)控(kong)(kong)，內部會發(fa)生一系列的(de)(de)化學反應(ying)，產生的(de)(de)熱(re)(re)(re)量和氣體(ti)。部分氣體(ti)具有(you)毒性、可(ke)燃性；隨著熱(re)(re)(re)失(shi)控(kong)(kong)的(de)(de)加劇，熱(re)(re)(re)量和氣體(ti)的(de)(de)進一步傳播(bo)，容易引(yin)發(fa)電(dian)池的(de)(de)劇烈爆炸，可(ke)能會造成嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)財產損失(shi)并引(yin)發(fa)環境問題。分析鋰(li)(li)(li)離(li)子(zi)電(dian)池熱(re)(re)(re)失(shi)控(kong)(kong)氣體(ti)對優化電(dian)池材(cai)料組成及早期(qi)的(de)(de)安全預警十分重(zhong)要。

熱失控原理主要分為了三個階段： 

第 1 階段：熱失控開(kai)始(shi)階(jie)段(duan)：溫度在125℃左右(you)。這個(ge)階(jie)段(duan)一般(ban)被認為是(shi)負(fu)極SEI 膜反應分解，使得負(fu)極與電(dian)解液(ye)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸，從而(er)導致電(dian)解液(ye)與負(fu)極中的鋰發生反應并生成氣(qi)體。

第 2 階段：電池內部氣體釋(shi)放(fang)、升溫(wen)加速，溫(wen)度在 125~180℃左右，這(zhe)個階段正極(ji)材料分解釋(shi)氧，鋰鹽也會分解，如 LiPF6 分解生(sheng)(sheng)成LiF 和(he)路(lu)易斯酸 PF5。而路(lu)易斯酸會在高溫(wen)下與(yu)電解液發(fa)生(sheng)(sheng)反應并產(chan)生(sheng)(sheng)氣體。

第 3 階段：熱(re)失控階(jie)段(duan)，溫度(du)約在 180℃以上。在這個階(jie)段(duan)正/負電(dian)極材料(liao)與電(dian)解液發生劇烈的放熱(re)反應，電(dian)解液分解放熱(re)，電(dian)池內部溫度(du)急劇升高，電(dian)池泄壓(ya)閥打開或引發自燃。

也有研究者將熱失控細分為如下范圍：

一般動力電池(chi)(chi)的熱(re)失(shi)控(kong)有三個(ge)特征(zheng)溫(wen)度(du)(du)，起始(shi)發(fa)熱(re)溫(wen)度(du)(du) T1，熱(re)失(shi)控(kong)引發(fa)溫(wen)度(du)(du)T2，熱(re)失(shi)控(kong)溫(wen)度(du)(du)T3。T1指(zhi)的是(shi)SEI 膜分解的溫(wen)度(du)(du)，T3它取決于整(zheng)個(ge)反應焓，T2溫(wen)度(du)(du)跟電池(chi)(chi)本身的狀(zhuang)(zhuang)態、電池(chi)(chi)體系(xi)、使(shi)用狀(zhuang)(zhuang)態相關(guan)，這個(ge)溫(wen)度(du)(du)會(hui)由(you)一個(ge)緩慢的升熱(re)突然引發(fa)急劇的升熱(re)，這個(ge)生熱(re)速率可(ke)以達到幾百到 1000 度(du)(du)/秒，這是(shi)引發(fa)熱(re)失(shi)控(kong)的關(guan)鍵。

通過研究(jiu)發現，導致(zhi)電池熱失控主要有3個因素：內部短(duan)路、正極(ji)釋(shi)氧、負極(ji)析鋰。

短路(lu)、針刺和撞擊(ji)引起動(dong)力(li)鋰電(dian)(dian)池(chi)(chi)變化的(de)(de)(de)機理大(da)致相同(tong)。通過(guo)蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)大(da)電(dian)(dian)流在蓄(xu)(xu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)內(nei)產生(sheng)的(de)(de)(de)熱(re)量。隨著(zhu)溫度(du)(du)的(de)(de)(de)升高，電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)逐漸(jian)上升到(dao)正(zheng)極熱(re)分解(jie)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)，導致電(dian)(dian)池(chi)(chi)熱(re)耗竭；使用時，針部會導致電(dian)(dian)池(chi)(chi)內(nei)部短路(lu)，導致內(nei)部過(guo)電(dian)(dian)流產生(sheng)熱(re)量，電(dian)(dian)池(chi)(chi)內(nei)部溫度(du)(du)導致正(zheng)熱(re)分解(jie)。

熱解煙氣分析：

鋰(li)離子電(dian)池的熱失控過程伴隨著(zhu)熱解(jie)煙氣(qi)(qi)的釋(shi)放, 大多為有毒(du)(du)有害(hai)氣(qi)(qi)體(ti)。有毒(du)(du)有害(hai)氣(qi)(qi)體(ti)的釋(shi)放量也是評價鋰(li)離子電(dian)池毒(du)(du)害(hai)性的關鍵(jian)指標。

鋰離子(zi)電(dian)(dian)池(chi)釋放的(de)(de)主要(yao)氣(qi)體成分為CO2 、CO、H2 、甲烷(wan)(CH4 )、乙烯(C2H4 )、丙烯(C3H6 ) 及(ji)毒性很(hen)大的(de)(de) HF 氣(qi)體。有毒氣(qi)體產生(sheng)主要(yao)是(shi)因為覆蓋(gai)在電(dian)(dian)極上的(de)(de)SEI膜(mo)發(fa)生(sheng)分解、負極和(he)電(dian)(dian)解液(ye)發(fa)生(sheng)反(fan)應、正極發(fa)生(sheng)分解反(fan)應、隔膜(mo)融化、電(dian)(dian)解液(ye)反(fan)應和(he)電(dian)(dian)池(chi)燃燒等(deng)一系列反(fan)應。CO大多來源于碳酸鹽溶(rong)劑的(de)(de)不充分燃燒和(he)正極嵌入的(de)(de)Li + 如式(1)、(2)所示。

C3H4O3 +O2→3CO+2H2O (1)

2CO2 +2Li++2e→Li2CO3 +CO (2)

CO2 可能是由電解質與O2 的反應產生，見式(3)

C3H4O3 +5/2O2→3CO2+2H2O (3) 

乙(yi)烯、丙烯大(da)多都是電解(jie)液里的有機(ji)溶劑(ji)和鋰鹽共同作用(yong)(yong)生成的。常(chang)用(yong)(yong)的有機(ji)溶劑(ji)有碳酸(suan)乙(yi)烯酯(EC)、碳酸(suan)丙烯酯(PC)。負極(ji)-電解(jie)液可能的反應,如(ru)式(4)、(5)所示。 

2Li⁺+C3H4O3(EC)+2e→Li2CO3 +C2H4 (4)

2Li⁺+C4H6O3(PC)+2e→Li2CO3 +C3H6 (5) 

鋰(li)離子電池中的(de)氟大(da)多來自鋰(li)鹽(LiPF6 )、含氟添加劑、電極(ji)黏結劑(PVDF)、電極(ji)材料及涂層(ceng)。其中HF和 POF3 的(de)主(zhu)要氟源是鋰(li)鹽，生成機理如(ru)式(6)-(8)所示。

 LiPF6→LiF+PF5 (6)

 PF5+H2O→POF3+2HF (7)

 POF3+3H2O→H3PO4+3HF (8) 

研究電(dian)池熱失(shi)控(kong)逸(yi)出氣體的種類和含量(liang)，其重點在于要快速定性逸(yi)出氣體種類及(ji)定量(liang)各氣體濃度(du)，測試數(shu)據直讀、可靠，儀(yi)器使(shi)用(yong)便捷！

北京樂氏科技的便攜式傅里葉紅外氣體分析儀在鋰電池熱失控逸出氣體分析方面積累了應用經驗，在應急管理部上海某鋰電池試驗場所參與數十次熱失控測試，在廣州、杭州、河南、天津、合肥等地參與了鋰電池熱失控逸出氣體測試項目，可定性定量氣體種類包括CO2、CO、HCL、HF、HCN、C2H4、CH4、C2H6、C3H6、C7H8、C8H8、C8H10、C2H2、C6H14、C6H12等不少于55種氣(qi)體(ti)。不同化(hua)(hua)學體(ti)系、結構的(de)鋰(li)(li)離子(zi)電池，熱失控逸出氣(qi)體(ti)可能包含(han)(han)酸堿(jian)性(xing)氣(qi)體(ti)、有(you)機氣(qi)體(ti)等，如HCN、HF、HCL、NH3、苯系物和(he)酸酯(zhi)類(lei)物質。且逸出氣(qi)體(ti)溫(wen)度高、含(han)(han)濕量(liang)(liang)大，儀器(qi)必須采用全程高溫(wen)加熱的(de)方(fang)式，高溫(wen)采樣、高溫(wen)粉塵過濾、高溫(wen)分(fen)析，避免吸附性(xing)強、溶解性(xing)強、大分(fen)子(zi)量(liang)(liang)有(you)機化(hua)(hua)合物冷凝造(zao)成(cheng)的(de)過程損失，實現鋰(li)(li)電池逸出氣(qi)體(ti)測量(liang)(liang)的(de)“真、準、全"。

目(mu)前便(bian)攜式傅(fu)里葉(xie)紅(hong)外氣(qi)體(ti)分析儀開放的(de)物質標準譜庫高達385種(zhong)，可充分滿足不(bu)同(tong)客戶的(de)特(te)殊(shu)氣(qi)體(ti)檢測(ce)需求，氣(qi)體(ti)種(zhong)類及量程范圍可提(ti)供定制化服(fu)務，為客戶提(ti)供完善(shan)的(de)技(ji)術服(fu)務和技(ji)術方案。清華(hua)大學、中國科技(ji)大學、應急管理部(bu)(bu)天津消防研究所、應急管理部(bu)(bu)上海消防研究所等、工(gong)業(ye)與公共建筑火(huo)災防控(kong)(kong)技(ji)術應急管理部(bu)(bu)重點實驗室均采(cai)用(yong)傅(fu)里葉(xie)紅(hong)外氣(qi)體(ti)分析儀做鋰(li)電池熱失控(kong)(kong)氣(qi)體(ti)毒害及爆(bao)炸特(te)性(xing)研究，這款產(chan)品是燃(ran)燒氣(qi)體(ti)毒性(xing)測(ce)試分析及氣(qi)體(ti)成分定性(xing)定量分析選擇(ze)。