來自于實(shí)踐中的問題總是最鮮活生動(dòng)的。

七月初一位參加熱失控仿真講座的研究者提出了一個(gè)問題：鋰電池熱失控試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)鋁箔和銅箔都發(fā)生了融化，試驗(yàn)中雖然電池內(nèi)部溫度會(huì)高于鋁的熔點(diǎn)，但是測(cè)溫低于銅的熔點(diǎn)。問題：銅為何融化？

可能的解釋

關(guān)于這個(gè)問題，一個(gè)可能的解釋是：由于熱失控劇烈反應(yīng)區(qū)的空間溫度梯度較大，所以熱電耦未必能測(cè)到最高溫度。但是局部最高溫度有可能會(huì)超過銅的熔點(diǎn)。該解釋存在相當(dāng)程度的合理性。但是我們或許也可以稍微把視線抬高一點(diǎn)：會(huì)不會(huì)存在其他反應(yīng)過程？

鋁鎳銅反應(yīng)

在高鎳鋰電池?zé)崾Э匚墨I(xiàn)檢索中，當(dāng)使用DSC（差示掃描量熱）和Ni等作為關(guān)鍵詞，通常命中率是比較高的。但是下面這篇比較獨(dú)特：

Enhancement of energy release performanceof Al–Ni composites by adding CuO（使用氧化銅增強(qiáng)鋁鎳復(fù)合材料的能量釋放）。它介紹了CuO對(duì)Al-Ni ESM高能結(jié)構(gòu)材料的性能增強(qiáng)。ESM是一種軍用的含能材料。

文章的結(jié)論是：Al 可以在高溫下與Ni 發(fā)生反應(yīng)，最終形成某些金屬間化合物。Al-Ni 體系的反應(yīng)起始溫度約為 913 K。當(dāng)然具體的反應(yīng)溫度取決于粒徑、界面和外部條件。Al 和 Ni 之間的金屬間化合物形成反應(yīng)的活化能為 160 kJ/mol。對(duì)于 Al-CuO 鋁熱劑，鋁熱劑反應(yīng)分為 Al-CuO(I) 和 Al-CuO (II) 階段，活化能分別為 80 和 260 kJ/mol。

銅箔多高溫度會(huì)被氧化？工業(yè)實(shí)踐表明，銅的氧化在室溫下就會(huì)發(fā)生，但是高于290℃以后就會(huì)直接產(chǎn)生CuO。所以在鋁融化前熱失控高溫產(chǎn)生的銅氧化物會(huì)為Al-CuO反應(yīng)做好準(zhǔn)備。

所以銅融化問題的另外一個(gè)可能的答案就是：鋁鎳會(huì)發(fā)生反應(yīng)，氧化銅與鋁會(huì)發(fā)生鋁熱反應(yīng)。

豐田觀點(diǎn)

豐田中央研發(fā)實(shí)驗(yàn)室2017年的研究表明NCA電池中存在鋁熱反應(yīng)放熱峰，并且明確給出上述反應(yīng)式。

小結(jié)

NCA鋰電池存在鋁熱反應(yīng)，NCM鋰電池從反應(yīng)條件來說存在鋁鎳銅反應(yīng)的可能性。因此可能存在的鋁熱/鋁鎳銅反應(yīng)或許是鋰電池?zé)崾Э刂行枰P(guān)注的一個(gè)方面。

本文主要內(nèi)容參考以下文獻(xiàn)：

Caimin Huang etc，Journal ofAlloys and Compounds，Volume 835,15September 2020，Enhancement of energy release performanceof Al–Ni composites by adding CuO

Takao Inoue etc，ACS AppliedMaterial & Interfaces2017, 9, 1507?1515，Are All-Solid-StateLithium-Ion Batteries Really Safe??Verification by DifferentialScanning Calorimetry with an All-Inclusive Microcell

審核編輯 ：李倩