熱失控是鋰離子電池最嚴重的安全事故，儲存在鋰離子電池內(nèi)部的電能和化學能在短時間內(nèi)大量釋放，使得鋰離子電池內(nèi)部的溫度甚至能夠達到900℃以上，同時熱失控中電解液、活性物質(zhì)分解出現(xiàn)的大量氣體會導致電池內(nèi)部的壓力急劇升高，甚至引起鋰離子電池的爆炸。為了保證在鋰離子電池的安全性，通常我們會在電池殼上設計一個防爆閥，在壓力過高時能夠及時被破壞，釋放電池內(nèi)部的壓力，防止熱失控中電池發(fā)生爆炸。

關于18650電池而言，防爆閥設計在電池的上蓋之中，防爆閥還兼具了斷路器的功能，在電池內(nèi)部壓力升高到一定程度時，防爆閥動作切斷電流回路，當電池內(nèi)部的壓力進一步升高時，防爆閥結構被破壞，釋放電池內(nèi)部的壓力，防止電池發(fā)生爆炸。之前我們重要是從原理上了解防爆閥的設計，由于18650電池上蓋的結構設計讓我們很難直接看到在熱失控的過程中防爆閥動作過程，近日倫敦城市學院的DonalP.Finegan（第一作者）和PaulR.Shearing（通訊作者）通過高速攝影裝置對不同廠家的18650電池上蓋在熱失控中防爆閥的動作過程進行了拍攝，還原了熱失控中18650電池防爆閥動作的全過程。

相關研究顯示熱失控一旦發(fā)生，熱失控可能會在2s之內(nèi)蔓延到整個18650電池，因此為了能夠更好的觀察整個熱失控過程，要每秒為18650電池拍攝1000張以上的X光照片，而電池的爆炸時間小于0.01s，這就要更高的拍攝速度。為了滿足這一苛刻的要求，DonalP.Finegan采用歐洲同步輻射實驗室的設備對18650電池防爆閥的動作過程進行了拍攝，該設備曾經(jīng)對保險絲的熔斷起弧過程進行了拍攝，其分辨率達到了每秒鐘百萬次拍攝的級別。

試驗總共對來自LG、松下、三星和三洋的5款18650電池和一款具有雙防爆閥新型設計的18650電池進行研究（如下表所示），5種電池的正負極材料分別采用NMC、NCA、LMO和LCO混合，用來驗證不同的體系和電池結構對防爆閥安全性的影響。

LG、松下、三洋和三星的18650電池上蓋和防爆閥的結構設計如下圖所示，從圖中我們能夠注意到所有的防爆閥都通過凸起結構與焊盤相連（極耳焊接在焊盤上），當電池內(nèi)部壓力升高到一定程度時防爆閥會發(fā)生變形，與焊盤脫離，從而切斷電流回路。同時我們也能夠觀察到所有的防爆閥結構上都有一圈環(huán)狀的刻痕，當電池內(nèi)部的壓力繼續(xù)升高到一定的值時，防爆閥被破壞電池泄壓，防止電池爆炸。此外，在LG、松下和三洋的電池上蓋種還包含PTC結構（正溫度系數(shù)材料），當電池的溫度上升時PTC材料的電阻急劇升高，從而阻止電流的繼續(xù)升高，而三星電池由于采用倍率型設計（20A放電），因此并未設計PTC結構。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標準

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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下圖為通過高速相機（每秒2000張）拍攝的LG的兩款電池和三洋電池的防爆閥泄壓過程，從下圖a和b中能夠注意到雖然LG-S3和LG-B4具有相同的防爆閥結構設計，但是由于LG-B4電池內(nèi)部具有中心針，因此在熱失控中兩個電池的行為并不相同。關于S3而言，由于沒有中心針的支撐，電芯向中心塌縮，在快速流動氣體的帶動下，大量電芯上的活性物質(zhì)被撕扯下來，隨氣流噴到電池外部（下圖a的1.4545s處）。而B4電池由于電芯中央具有中心針，因此在氣流的用途下，中心針向其中一側(cè)移動，減少了卷芯針傾斜的一側(cè)的活性物質(zhì)撕裂的情況，卻導致了另一側(cè)電極撕裂的加劇。

從上面的分析不難看出18650電芯內(nèi)部的中心針關于電池在熱失控中的行為有著顯著的影響，從下圖b和c我們能夠注意到在熱失控出現(xiàn)的氣體推動下，LG-B4和三洋電池的中心針都出現(xiàn)了明顯的上移，中心針的存在防止了電芯向中心塌縮，為氣體擴散供應了足夠的擴散通道，減少了氣體噴發(fā)時帶出的正負極活性物質(zhì)，降低了熱失控向周圍電池擴散的風險。