鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性你了解嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-23 21:04
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鋰離子電池內(nèi)部的熱失控，說明電池內(nèi)部的一些化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)不是我們此前所期待的“可控”和“有序”，而是呈現(xiàn)出不可控和無序的狀態(tài)，導(dǎo)致能量的快速劇烈釋放。
那么，我們來看看，都有哪些化學(xué)反應(yīng)，會伴隨大量的熱產(chǎn)生，進而導(dǎo)致熱失控。
1. SEI膜分解，電解液放熱副反應(yīng)
固態(tài)電解質(zhì)膜實在鋰離子電池初次循環(huán)過程中形成，我們既不希望SEI膜太厚，也不希望它完全不存在。合理的SEI膜存在，能夠保護負極活性物質(zhì)，不跟電解液發(fā)生反應(yīng)。
關(guān)于鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性
可是當電池內(nèi)部溫度達到130℃左右時，SEI膜就會分解，導(dǎo)致負極完全裸露，電解液在電極表面大量分解放熱，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度迅速升高。
這是鋰電池內(nèi)部第一個放熱副反應(yīng)，也是一連串熱失控問題的起點。
2. 電解質(zhì)的熱分解
由于電解質(zhì)在負極的放熱副反應(yīng)，電池內(nèi)部溫度不斷升高，進而導(dǎo)致電解質(zhì)內(nèi)的LiPF6和溶劑進一步發(fā)生熱分解。
關(guān)于鋰離子電池的循環(huán)壽命和安全性
這個副反應(yīng)發(fā)生的溫度范圍大致在130℃~250℃之間，同樣伴隨著大量的熱產(chǎn)生，進一步推高電池內(nèi)部的溫度。
一旦溫度上升到內(nèi)部連鎖反應(yīng)的門檻溫度(約130℃)，鋰離子電池內(nèi)部將會自發(fā)的產(chǎn)生一系列的放熱副反應(yīng)，并進一步加劇電池內(nèi)部的熱量累積和溫度上升趨勢，這一過程還會析出大量的可燃性氣體。當溫度上升到內(nèi)部溶劑和可燃性氣體的閃點、燃點時，將會導(dǎo)致燃燒和爆炸等安全事故。
剛出廠的鋰離子電池通過安全測試認證，并不代表鋰離子電池在生命周期中的安全性。根據(jù)我們前面的分析，在長期的使用過程中，會發(fā)生負極表面的鋰金屬沉積，電解液的分解和揮發(fā)，正負極活性物質(zhì)的脫落，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，材料中混入金屬雜質(zhì)，以及其他很多非預(yù)期的變化，這些都會導(dǎo)致電池發(fā)生內(nèi)短路，進而產(chǎn)生大量的熱量。再加上外部的各種濫用情況，如過充、擠壓、金屬穿刺、碰撞、跌落、沖擊等，也會導(dǎo)致電池在短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，成為熱失控的誘因。
在鋰離子電池的使用過程中，沒有絕對的安全性，只有相對的安全性。我們要盡量避免濫用的情況出現(xiàn)，降低危害事件發(fā)生的概率，同時也要從正負極材料、電解液、隔離膜等主要成分入手，選擇化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性優(yōu)良的材料，具有良好的阻燃特性，在出現(xiàn)內(nèi)外部熱失控的誘因時，降低內(nèi)部副反應(yīng)的發(fā)熱量，或者具有很高的燃點溫度，避免熱失控現(xiàn)象的發(fā)生。在電池結(jié)構(gòu)和殼體設(shè)計上面，要充分考慮結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，達到足夠的機械強度，能夠耐受外部的應(yīng)力，確保內(nèi)部不發(fā)生明顯的變形。此外，散熱性能也是需要著重考慮的，如果熱量能夠及時的散發(fā)出去，內(nèi)部的溫度就不會持續(xù)上升，熱失控也就不會發(fā)生。
鋰離子電池的安全性設(shè)計，是系統(tǒng)論，單純的以正極材料分解發(fā)熱來衡量鋰離子電池安全性并不全面。從系統(tǒng)的角度講，磷酸鐵鋰電池不見得一定比三元材料的電池更安全，因為最終影響熱失控的因素很多，正極材料分解所產(chǎn)生的熱量僅僅是其中的一個因素。
