動(dòng)力鋰電池的基本組成有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-15 17:26
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以圓柱形電池為例，如上圖所示，鋰電池的主要結(jié)構(gòu)包括殼體，正極，負(fù)極，隔膜，電解液，安全閥等安全保護(hù)裝置以及一些導(dǎo)電密封輔助結(jié)構(gòu)。
殼體，是整只電芯的保護(hù)層，對(duì)電芯起到支撐、隔離和絕緣等保護(hù)性作用。軟包電池，沒(méi)有高強(qiáng)度的殼體，其在小規(guī)模成組以后，也要設(shè)計(jì)具備一定強(qiáng)度的殼。
直接參與電池電化學(xué)過(guò)程的是正極、負(fù)極和電解液，可以說(shuō)它們是事故的源頭，也是真正解決安全問(wèn)題的病根所在。
2 正極、負(fù)極和電解液的安全性問(wèn)題
鋰電池的安全事故，無(wú)論是電芯老化或者自身質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的自?xún)?nèi)而外的過(guò)熱，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控，還是由于交通事故或者其他類(lèi)型的濫用造成的熱失控，事故發(fā)生總要經(jīng)歷電芯材料劇烈反應(yīng)的過(guò)程，如果能夠阻斷這個(gè)點(diǎn)，則電池可以失效，但永遠(yuǎn)不會(huì)燃爆。
2.1 電解液
電解液存在兩個(gè)方向的問(wèn)題，自身容易燃燒，又具有與正負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)的傾向。
初中化學(xué)告訴我們，燃燒的三要素：可燃物（燃燒的物質(zhì)），助燃物（氧氣）和燃點(diǎn)（達(dá)到可燃物的燃燒溫度）。三個(gè)條件缺一不可，阻斷其中之一，燃燒便不會(huì)發(fā)生。電池自身安全性，電池材料不可燃是安全隱患的終結(jié)者。
目前常見(jiàn)的電解液都是有機(jī)溶劑質(zhì)地，是極易燃燒的材質(zhì)。而電解液與正極發(fā)生副反應(yīng)的產(chǎn)物，就包含氧氣。因此，電池一旦積聚了較多熱量，達(dá)到較高溫度，連鎖反應(yīng)都會(huì)給電解液燃燒提供條件。
問(wèn)題在于，電解液傳輸電荷的能力，對(duì)電池的電壓有直接的影響。當(dāng)前人們對(duì)于高電壓，高能量密度的追求，只有有機(jī)電解液才能滿(mǎn)足，因而暫時(shí)沒(méi)有找到更適合的材質(zhì)作為替代。
2.2 正極材料
正極材料的安全性問(wèn)題主要存在于兩個(gè)方面。一個(gè)是充電狀態(tài)下，材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，另一個(gè)是電池高溫下，正極材料與電解液的反應(yīng)腐蝕問(wèn)題。
正極材料的穩(wěn)定性問(wèn)題，主要出現(xiàn)在過(guò)大電流充電過(guò)程中，與材料不匹配的鋰離子脫出速率會(huì)沖垮材料晶格結(jié)構(gòu)，毀壞的部分材料反過(guò)來(lái)堵住離子通路，增加了離子嵌入難度。這個(gè)過(guò)程中會(huì)有熱量積累，是引發(fā)鋰電池事故的一種常見(jiàn)原因。
正極被電解液腐蝕，放出少量氣體和熱量，這是電池使用過(guò)程中老化的一個(gè)重要原因。但正極與電解液的劇烈反應(yīng)，一般出現(xiàn)在電池溫度已高的階段，一般超過(guò)200℃，是熱量爆發(fā)式生成的重要力量。反應(yīng)不但放出大量的熱，還會(huì)有氣體產(chǎn)生，使得事故的危害可能升級(jí)。
2.3 負(fù)極材料
負(fù)極材料的安全性，主要圍繞其熱穩(wěn)定性進(jìn)行觀察，其穩(wěn)定程度與下面三個(gè)因素有關(guān)：電解液中電解質(zhì)的類(lèi)型，石墨負(fù)極中嵌鋰碳含量的多少以及石墨負(fù)極使用的粘結(jié)劑的種類(lèi)。
電解質(zhì)類(lèi)型，石墨負(fù)極在首次充電化成中，形成保護(hù)膜SEI膜。SEI膜的存在，阻止了石墨與電解液的進(jìn)一步劇烈反應(yīng)。但電解液中的LiPF6對(duì)SEI膜的分解有促進(jìn)作用，使得鋰電池在大約60℃的儲(chǔ)存過(guò)程中，就可以出現(xiàn)分解并放熱。因此電解質(zhì)的成分對(duì)負(fù)極穩(wěn)定性有直接影響。
嵌鋰碳，有研究表明，負(fù)極中嵌鋰碳的含量高，會(huì)帶來(lái)負(fù)極與電解液更激烈的反應(yīng)。嵌鋰碳是在充電過(guò)程中形成，電池電量越高，其嵌鋰碳的含量也就越高。嵌鋰碳的影響，只能在電量高的階段加強(qiáng)其他安全措施，卻無(wú)法避免高濃度嵌鋰碳的現(xiàn)象出現(xiàn)。
負(fù)極粘結(jié)劑的種類(lèi)，粘結(jié)劑在反應(yīng)中是否增加系統(tǒng)反應(yīng)放熱并沒(méi)有定論。不同類(lèi)型的粘結(jié)劑，參與反應(yīng)的形式不同，有的成為嵌鋰碳反應(yīng)的助劑，有的自身參與反應(yīng)后失效，加速負(fù)極結(jié)構(gòu)走向崩潰。
