電池安全研究不僅要關注如何防止電池熱失控，同時要研究熱失控的詳細特征。以往的電池熱失控研究對熱量釋放和溫度研究較多，對熱失控過程氣體釋放和產生的顆粒物研究較少。特別是電池熱失控過程產生的顆粒物，目前從了解的情況看僅有美國和日本的相關人員給予了關注和研究，國內關注的很少。來自NASA的E.JosephNemanick等人首次詳細研究了LiCoO2/NMC18650電池在不同氣氛下加熱導致的熱失控行為，并重點分析了熱失控產生的顆粒物，揭示了顆粒物可能帶來的危害。該報告題為Li-ion18650ThermalRunawayParticulateAnalysis，具有極高的學習和參考價值，值得好好看看。

一．實驗所用電池及測試條件

NASA電池安全研究：18650電池不同氣氛熱失控顆粒物成分分析

實驗所用的18650電池為三星生產，LiCoO2/NMC體系，電池容量2.6Ah。電池表面纏縛加熱帶，通過加熱方式觸發電池發生熱失控。

電池加熱熱失控實驗室在密閉罐體中進行，測試前電池均為滿充態。實驗共進行了三組，分別在普通大氣、23.5%O2/76.5%N2和真空環境中進行。之所以考察電池在三種不同氣氛中的熱失控結果主要是更好的模擬空間站中可能發生的情況。

二．三種不同氣氛下的電池熱失控過程

NASA電池安全研究：18650電池不同氣氛熱失控顆粒物成分分析

在普通大氣氛圍下，18650電池先開閥噴出電解液蒸汽，隨后電解液被引燃同時伴隨著大量火星的噴射。待熱失控結束后可在罐壁上觀察到灰色和黑色的顆粒物。

NASA電池安全研究：18650電池不同氣氛熱失控顆粒物成分分析

18650電池在23.5%O2/76.5%N2氣氛下的熱失控情形同在正常大氣環境中的熱失控情形類似，唯一區別在于該氛圍下電池熱失控過程更為猛烈，可觀察到大量的火星噴射。

NASA電池安全研究：18650電池不同氣氛熱失控顆粒物成分分析

相反，真空環境下電池的熱失控過程相對溫和，并未出現電解液蒸汽的引燃過程，同時火星的噴射相對較弱。

三．顆粒物成分分析

熱失控結束后的顆粒物為黑色塊狀，并且具有一定的磁性，SEM結果顯示顆粒物的形狀不規則。從顆粒粒徑分布看，絕大多數顆粒的粒徑小于5μm，并且顆粒的粒徑分布同三種環境氛圍幾乎沒有太大關系。

值得注意的是在18650電池在真空環境下熱失控會產生大量的鋁纖維，且在現象在正常大氣氛圍和23.5%O2/76.5%N2氛圍下均未觀察到此現象。EDX分析顯示鋁纖維表面能檢測到相當量的C元素及少量的Co元素。

EDX分析顯示三種不同氛圍下18650電池熱失控產生的顆粒物元素成分相差不大，但正常大氣和23.5%O2/76.5%N2氣氛下產生的顆粒物pH值均為堿性，唯獨真空氛圍下的顆粒物呈中性。正常大氣和23.5%O2/76.5%N2氣氛下產生的堿性顆粒物對人眼和肺都存在危害性。

NASA電池安全研究：18650電池不同氣氛熱失控顆粒物成分分析

隨后，作者還對顆粒物在加熱條件下的失重進行了分析。正常大氣、23.5%O2/76.5%N2和真空氣氛下電池熱失控產生的顆粒物加熱失重分別為4%、5.74%和10.43%，表明真空環境下由于缺氧熱失控過程有機物的燃燒過程并不充分。

對顆粒物進行GC-MS分析，產物中能檢測到氟代化合物和磷代化合物，作者認為是電解液中鋰鹽部分分解的產物。在顆粒物的揮發物中則檢測到各種酚類物質和芳香族化合物，這兩類物質均對人體有害，或許這也是電池熱失控后產生的顆粒物刺激性氣味很濃的原因。

四．小結

從以上NASA的研究結果看電池熱失控產生的顆粒物絕大多數粒徑小于5μ，并且顆粒物上伴隨中多種有機和無機組分，正常大氣氛圍下產生的顆粒物pH值甚至為強堿性。電池安全工程師和測試人員常年和這些顆粒物打交道，應最大限制做好防護措施，以免顆粒物對人生造成傷害。