如何降低鋰離子電池著火風(fēng)險？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-30 11:24
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近年來，隨著鋰電技術(shù)的不斷進(jìn)步與實際成本逐漸下降，鋰電池在電動工具領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多，現(xiàn)階段各大巨頭廠商提出電動工具無繩化的想法后，使得鋰電池在電動工具領(lǐng)域有著廣闊的前景空間。
與此同時，人工智能的興起，鋰電家居產(chǎn)品、園林工具等新興智能工具類產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展的機(jī)會，鋰電池的應(yīng)用并不再局限于單個領(lǐng)域。其中根據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，鋰電類電動工具、園林工具未來市場趨勢正如清晨的朝陽。電動工具鋰電化除了市場的推動與自身潛力外，還得到了國家地區(qū)政策的支持。例如歐盟早已禁止無線電動工具使用鎳鉻電池，鋰電電動工具的普及率與替換率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國內(nèi)市場;中國則是重新制定了電動工具鋰電池使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
鋰電化無繩化意味著電動工具將會朝著更小體積、更輕重量、更低噪聲等方向發(fā)展，然而仍不可避免“副作用”的出現(xiàn)，那就是鋰電池中的鋰離子熱失控。鋰離子的工作溫度范圍是在+15～+45攝氏度之間，如果溫度超出臨界水平，則會導(dǎo)致電池單元功能安全、使用壽命縮短、不穩(wěn)定性以及可能發(fā)生的熱失控。
那么鋰電池中鋰離子是如何發(fā)生熱失控的呢?如果工具發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞或高處跌落，電池有可能發(fā)生變形;材料則會滲透到電池里，引起內(nèi)部短路或外部短路的現(xiàn)象;再者過度充電或快速充電時電流過大，極其有可能會永久損壞電池。
熱失控發(fā)生后就猶如多米諾骨牌效應(yīng)一樣，電池中儲存的能量會突然釋放，從而產(chǎn)生火災(zāi)。另外電池數(shù)量越多、能量密度越高、充放電功率越大，就意味著發(fā)生起火故障的概率就越高。
為了確保把熱失控的風(fēng)險降到最低，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校研究人員發(fā)布了一份研究報告，報告中表明，石墨烯材料可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣，可以防止陰極釋放的氧氣與電池內(nèi)其他易燃品相結(jié)合，從而降低起火風(fēng)險，減少事故損失。
石墨烯為鋰電池穿上“防火披風(fēng)”
石墨烯復(fù)合材料已是鋰電池未來重點研究的方向之一，如何完善高質(zhì)量石墨烯的制備技術(shù)，使其能夠應(yīng)用于高能量密度、高功率密度動力鋰離子電池領(lǐng)域，必將會大幅度提升鋰電池的綜合性能，推動電動工具等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。
正極發(fā)生分解時，溫度大概在180－200℃，此時電芯的副反應(yīng)就很難控制了，因為正極分解時不僅僅釋放大量的熱量，還會產(chǎn)生活性極高的氧原子，導(dǎo)致電解液直接氧化分解，短時間內(nèi)會造成電池內(nèi)部大量的熱量積累。
值得一提的是，溫度和副反應(yīng)的關(guān)系是相輔相成的正相關(guān)，即溫度越高，副反應(yīng)越劇烈；副反應(yīng)越劇烈，溫度也就越高。這樣的惡性循環(huán)最后會導(dǎo)致電池進(jìn)入一個沒法控制的自加溫狀態(tài)，也就是所謂的“熱失控”。
業(yè)內(nèi)常說的磷酸鐵鋰安全性好，就是因為它作為正極在200－400℃的時候基本不發(fā)生分解，但正極的產(chǎn)熱只是副反應(yīng)的一部分，負(fù)極和電解液的氧化分解仍然存在，所以磷酸鐵鋰的安全性只是相對三元而言稍微安全一些而已。三元材料根據(jù)組成成份的不同，分解溫度有所變化，鎳占比越高，熱分解溫度越低，比如當(dāng)鎳含量達(dá)到0．8，在120度左右就開始發(fā)生熱分解，甚至早于負(fù)極的SEI膜，這對電池的溫控造成了極大的挑戰(zhàn)。
電池?zé)崾Э?，究其原因還是內(nèi)部出現(xiàn)了短路和過充的現(xiàn)象。
與此同時，人工智能的興起，鋰電家居產(chǎn)品、園林工具等新興智能工具類產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展的機(jī)會，鋰電池的應(yīng)用并不再局限于單個領(lǐng)域。其中根據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，鋰電類電動工具、園林工具未來市場趨勢正如清晨的朝陽。電動工具鋰電化除了市場的推動與自身潛力外，還得到了國家地區(qū)政策的支持。例如歐盟早已禁止無線電動工具使用鎳鉻電池，鋰電電動工具的普及率與替換率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國內(nèi)市場;中國則是重新制定了電動工具鋰電池使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
鋰電化無繩化意味著電動工具將會朝著更小體積、更輕重量、更低噪聲等方向發(fā)展，然而仍不可避免“副作用”的出現(xiàn)，那就是鋰電池中的鋰離子熱失控。鋰離子的工作溫度范圍是在+15～+45攝氏度之間，如果溫度超出臨界水平，則會導(dǎo)致電池單元功能安全、使用壽命縮短、不穩(wěn)定性以及可能發(fā)生的熱失控。
那么鋰電池中鋰離子是如何發(fā)生熱失控的呢?如果工具發(fā)生強(qiáng)烈的碰撞或高處跌落，電池有可能發(fā)生變形;材料則會滲透到電池里，引起內(nèi)部短路或外部短路的現(xiàn)象;再者過度充電或快速充電時電流過大，極其有可能會永久損壞電池。
熱失控發(fā)生后就猶如多米諾骨牌效應(yīng)一樣，電池中儲存的能量會突然釋放，從而產(chǎn)生火災(zāi)。另外電池數(shù)量越多、能量密度越高、充放電功率越大，就意味著發(fā)生起火故障的概率就越高。
為了確保把熱失控的風(fēng)險降到最低，伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校研究人員發(fā)布了一份研究報告，報告中表明，石墨烯材料可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣，可以防止陰極釋放的氧氣與電池內(nèi)其他易燃品相結(jié)合，從而降低起火風(fēng)險，減少事故損失。
石墨烯為鋰電池穿上“防火披風(fēng)”
石墨烯復(fù)合材料已是鋰電池未來重點研究的方向之一，如何完善高質(zhì)量石墨烯的制備技術(shù)，使其能夠應(yīng)用于高能量密度、高功率密度動力鋰離子電池領(lǐng)域，必將會大幅度提升鋰電池的綜合性能，推動電動工具等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。
正極發(fā)生分解時，溫度大概在180－200℃，此時電芯的副反應(yīng)就很難控制了，因為正極分解時不僅僅釋放大量的熱量，還會產(chǎn)生活性極高的氧原子，導(dǎo)致電解液直接氧化分解，短時間內(nèi)會造成電池內(nèi)部大量的熱量積累。
值得一提的是，溫度和副反應(yīng)的關(guān)系是相輔相成的正相關(guān)，即溫度越高，副反應(yīng)越劇烈；副反應(yīng)越劇烈，溫度也就越高。這樣的惡性循環(huán)最后會導(dǎo)致電池進(jìn)入一個沒法控制的自加溫狀態(tài)，也就是所謂的“熱失控”。
業(yè)內(nèi)常說的磷酸鐵鋰安全性好，就是因為它作為正極在200－400℃的時候基本不發(fā)生分解，但正極的產(chǎn)熱只是副反應(yīng)的一部分，負(fù)極和電解液的氧化分解仍然存在，所以磷酸鐵鋰的安全性只是相對三元而言稍微安全一些而已。三元材料根據(jù)組成成份的不同，分解溫度有所變化，鎳占比越高，熱分解溫度越低，比如當(dāng)鎳含量達(dá)到0．8，在120度左右就開始發(fā)生熱分解，甚至早于負(fù)極的SEI膜，這對電池的溫控造成了極大的挑戰(zhàn)。
電池?zé)崾Э?，究其原因還是內(nèi)部出現(xiàn)了短路和過充的現(xiàn)象。
