随着锂离子电池使用量的剧增和安全事故的时有发生,其安全问题不仅更为关注,也拖累了锂离子电池进一步的推广应用。锂离子电池之所以具有危险性,一方面是因为本身具有很高的比能量,另一方面当电池受到外界高温热源作用或自身短路时,电池内部会发生复杂的化学反应,迅速释放大量热能和具有爆炸性的混合气体,易于引发电池火灾甚至爆炸。尽管近年来锂离子电池的安全性不断提高,但在外界滥用条件下,因其固有的“含能”特性,仍然难以避免燃爆安全事故的发生。因此,深入研究锂离子电池热失控规律,进一步理清锂离子电池诱发热失控的机制和规律,掌握热失控过程中的特征参量变化特点,这对进一步提升锂离子电池本质安全性,提出和建立高效的锂离子电池热失控控制方法和措施,都具有重要的理论意义和实用价值。本论文的主要内容与研究成果包括:(1)设计并搭建了适用于锂离子电池热失控规律研究的实验平台。平台主要由防爆实验室、电池热失控装置、电池热失控引发设备、电池热失控过程参数测试仪器组、安全卫生防护器材等组成,可实现不同触发条件引发锂离子电池热失控,采集热失控过程中的温度压力参数以及收集热失控后的气体产物,能够模拟小批量锂离子电池组的热失控过程。(2)借助锂离子电池热失控实验平台,研究了荷电状态、环境氛围对锂离子电池热失控的影响。结果表明,锂离子热失控分为三个阶段:电池温度持续升高;电池正极泄压阀破裂发生初爆响应;电池发生燃爆。其中初爆响应温度大约在170~190℃。在同一环境状态下,固体电解质界面(SEI)膜分解以后,电池内部的化学反应有所不同,使得充电电量多的电池热失控程度更深。锂离子电池发生燃爆的温度随电池荷电状态的升高而减小。环境氛围对锂离子电池热失控温度影响较小,但对锂离子电池热失控的气体生成量影响较大。锂离子电池热失控气体爆炸下限随荷电状态的升高而减小。锂离子电池热失控释放的气体中二氧化碳的含量最多,大约占气体产物总体积的30%~40%,其次是一氧化碳和甲烷。(3)借助锂离子电池热失控实验平台,研究了外界热源、环境、堆积方式对锂离子电池组热失控蔓延的影响。结果表明,低容量圆柱型18650电池,在外界热源存在的情况下,电池组内所有电池均发生热失控,而没有外界热源的情况下,无论是在封闭环境还是敞开环境,单靠一块电池热失控产生的热量,不足以造成电池组热失控的蔓延。