热失控其实就像手榴弹爆炸，一旦它发生了，就难补救，所以对付热失控，最好的方法就是......
文/NE-SALON新能荟张真人
年10月20日，海控能源下属天能电力公司的海南乐东县莺歌海盐场MW光伏项目的储能系统发生起火。该项目共配备25MW/50MWh储能系统，共10个电池舱，此次起火的为6号电池舱……
年4月6日，位于韩国忠清南道洪城的储能系统(ESS)发生火灾。据了解，这场大火烧毁了太阳能发电设施，烧毁面积达22平方米，财产损失估计为4.4亿韩元（约合人民币万元）……
年4月16日11时50分许，位于丰台区西马场甲14号的北京福威斯油气技术有限公司光储充一体化项目发生火灾爆炸，事故造成1人遇难、2名消防员牺牲、1名消防员受伤，火灾直接财产损失.81万元……
年4月18日，位于美国亚利桑那州的钱德勒锂电池储能电站发生冒烟和闷烧情况并触发火警，当地消防部门使用机器人不断打开储能设施以排出内部产生的化学物质，而且设施内部的灭火系统一直在工作，但是情况并没有改善，冒烟和闷烧的情况持续近一个星期，致使当地四分之一英里范围内的民众开始进行紧急疏散……
以上触目惊心的锂电池储能电站的爆炸事故，无一不在为我们敲响了警钟！
锂电池具有循环特性好、响应速度快的特点，是目前电化学储能的主要应用方式。医院、银行、指挥控制中心、通信基站等对供电质量要求高、供电稳定的行业，大多采用锂电池储能作为应急UPS电源，以保证供电的稳定性。然而，锂电池本身也存在缺点，安全性一直是锂电储能行业发展的难点之一。同时，相关法规和规范的缺乏也加剧了锂电池储能行业安全发展的压力。
根据国家能源信息平台报告的不完全统计，-年近10年的时间里，全球共发生储能电站火灾爆炸事故32起，其中日本1起，美国2起，比利时1起，中国3起，韩国24起。上述储能电站火灾的共同特点主要有：事故电池多为三元锂电池，且大多发生在充电和充电休止期间。
锂电池热失控是如何发生的？
一般来讲，导致锂电池发生火灾爆炸事故的直接原因是电池热失控。热失控的英文名是thermalrunaway，具体指由各种诱因引发的链式反应现象，热失控散发出的大量热量和有害气体会引起电池着火和爆炸。
在锂电池的工作过程中会伴随着热量的产生，锂电池的产热会使电池的工作温度上升，而锂电池的工作温度会对电池的使用性能造成重大影响。锂电池的产热来源主要有电化学反应热、极化热和电池本身的内阻产热。若锂电池在工作过程中的热量得不到有效地消散而不断积聚，会使电池温度逐渐升高，导致电池及电池组产生过热、爆炸的危险。
锂电池在发生热失控的时候，随着温度的逐渐升高，锂电池内部主要会发生SEI膜分解、正\负极与电解液反应、隔膜融化、正极分解、电解质溶液分解等一系列反应过程。其中，正极材料与电解液的反应是导致电池爆炸的主要原因。因此，寻找热稳定性较好的正极材料，是提高锂电池安全性的主要手段之一。针对目前市面上存在的几种常见的锂电池正极材料，有学者对其热稳定性的研究表明：三元材料（NCANCM）锰酸锂材料磷酸铁锂材料，这一研究也解释了近十年锂电池储电站事故中为什么电池种类大多数是三元材料。
（注解：SEI膜是锂电池第一次充放电时，电极材料与电解液在固液相界面上反应形成于电极材料表面的一层绝缘保护膜，该层保护膜可以避免负极与电解液接触发生更剧烈的副反应，在一定程度上起到保护电池的作用，但是这层膜的化学性质却并不稳定，当温度大约升高到80～℃时，SEI膜会发生分解反应）
一般情况下，诱发热失控的原因主要有以下几点：
1.内因：电芯自身的问题，如老化造成的各种性能的衰退；内阻增大，长期清理不当使用造成的金属锂沉积等。
2.外因：可以系统分为机械滥用、电滥用、热滥用。
机械滥用：一般是指一些意外事故，如异物冲击造成的电池包机械损伤，导致其穿刺或受到挤压，从而引发短路。
电滥用：主要指的是电池的过度充放电、外部短路等情况。其中最容易引发热失控的要属过度充电了。由于过量的锂嵌入，锂枝晶在阳极表面生长，锂的过度脱嵌导致阴极结构因发热和氧释放而崩溃，氧气的释放加速了电解质的分解，产生大量气体。由于内部压力的增加，排气阀打开，电池开始排气。电芯中的活性物质与空气接触以后，发生剧烈反应，放出大量的热。
热滥用：热滥用很少独立存在，往往是从机械滥用和电气滥用发展而来，并且是最终直接触发热失控的一环。除了由于机械/电气滥用导致的过热之外，还可能由连接端子接触松动引起。
热失控的应对措施：
说了这么多关于热失控的原理和诱因，那么究竟如何做，才可以应对它呢？其实从上面不难看出，热失控其实就像手榴弹爆炸，一旦它发生了，就难补救，所以对付热失控，最好的方法就是---做好预防和监测！
如果新能源创新实验室技术总监黄峰表示：安全预警和自动控制是提升电池安全性的两个主要方面。目前，大多数安全技术都是基于使用各种传感器，来收集和分析锂电池的链路数据。根据某一运行数字模型，在线分析收集数据，以确定锂电池热失控风险的概率，从而自动触发安全响应装置和运行警报，控制热失控的影响，并将电池火灾风险降至最低。
此外，提高一致性也很重要。从根本上讲，预测锂电池的热失控很难。热失控的根本原因是电池内部的不平衡和不一致，这将导致电池更快衰变，性能下降，甚至直接失效；有些会产生热量失控、燃烧和爆炸。这意味着，如果电池中的每个微电极材料颗粒、隔膜、宏电极片和外壳包装如果%一致，电池组将具有更好的安全性和稳定性。
电化学储能电站设计的合理性也很重要。要考虑到储能设施建设地周围的温度及气候，同时保证变压器、继电器等关键配套设备的产品和安装质量问题，这样才能提升储能电站整体安全环境，确保锂电池储能项目的安全。
技术标准滞后已成为影响这一产业规范化发展的主要症结。除了企业要加强技术层面的突破，国家也要出台相关的政策。锂电池储能行业缺乏有效的引导政策和激励措施，这可能导致项目上设计过于简单，检验测试缺乏权威统一性，储能系统配套产品质量参差不齐等问题。应继续推进我国锂电池储能行业国家标准和行业标准的制定和应用推广，具体包括：《电化学储能电站设计规范》（GB—）、《电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议》（DL/T—）、《电池储能功率控制系统变流器技术规范》（NB/T—）、《光储系统用功率转换设备技术规范》（NB/T—）等。
电池组就像一根火柴，热失控就像火柴头过热被点燃并引发的燃烧反应。目前，行业已大致弄清了热失控的发生机理，未来的研究将更多地集中在电池体安全、热管理、热失控的早期预测和预警、延迟通知和传输阻塞。相信随着储能行业专家的不断探索，电池的热失控问题在不久的将来会越来越少，届时，人们可以放心地大规模使用储能产品，享受清洁能源带来的新生活方式。来源：NE-SALON新能荟；作者：张真人
