影響動力鋰電池安全的因素有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-30 16:12
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動力鋰離子電池的安全問題一般是指由于動力電池使用不當、功能失效、意外和濫用造成電池鼓脹漏液、溫度壓力超出使用標準、甚至爆炸和起火等事故，從而導致用戶生命和財產安全受到威脅。其中爆炸和起火是最嚴重的安全事故。鋰離子電池濫用導致爆炸起火的內部原因很復雜，但大部分是由溫度壓力過高造成的，而這兩者的起因大部分可以歸結于鋰離子電池的熱失控反應，也就是發(fā)熱反應。這些發(fā)熱反應一般有：電池電極SEI膜的分解，內嵌鋰和溶劑的反應，正極材料的分解反應等等。
正極材料是關鍵錳酸鋰優(yōu)勢大
在動力鋰離子電池的安全性問題中，電極材料中的正極材料是關鍵，也是引發(fā)鋰離子動力電池安全隱患的主要原因。尋求高能量密度、高安全、環(huán)保和價格便宜的電極材料是動力電池發(fā)展的關鍵。目前普遍使用的正極材料分別是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。就國內外取得的數據來看，鈷酸鋰用于動力電池的安全隱患較大，一般不作為動力電池正極材料使用；錳酸鋰的使用比較普遍；鎳鈷錳酸鋰國內使用較少，在中國臺灣以及日本有部分廠商使用。
動力鋰離子電池的設計也影響著電池的安全性。
廠家只有在正負極配比、黏結劑種類、隔膜的組裝方式、極耳種類和焊接方式、封裝形式方面通過周密計算和控制，才能使得極片內部電流分布合理，電池極化小、散熱好以及高效安全。出于安全性的考慮，動力電池在設計時通常要考慮到當異常情況發(fā)生時，電池體系向環(huán)境傳遞熱量的速度能否大于體系產生熱量的速度，因為這決定了熱失控反應發(fā)生的概率。
為了進一步增強動力電池的安全性，眾多廠家一般會向電池的電解液中加入功能性添加劑。這些添加劑有防過充、防氣脹、改善低溫和阻燃的作用。值得一提的是，電解液中添加阻燃劑也是提高動力電池安全性的一個重要方向。加入阻燃劑的目的是為了提高電解液燃燒的氧指數。眾所周知，當材料的氧指數超過27時屬于難燃物質，目前開發(fā)的阻燃劑已經接近或達到這個指標。對于動力電池電解液而言，針對單項功能指標的添加劑開發(fā)并非難事，困難之處在于保證電解液安全性的同時必須兼顧其他常規(guī)性能。為平衡電解液各項功能，多官能團、復合添加劑的研究也是研發(fā)方向。
保護板必不可少
為了加強動力鋰離子電池的安全性，保護板是電池組必配的設備。大多數情況下，鋰電保護板應具備控制鋰離子電池使用工作條件的功能，這些工作條件包括電壓、電流、溫度等。由于鋰離子電池使用的特殊性，使得動力鋰離子電池必須和保護板一起配套使用才能確保整個系統(tǒng)的安全可靠性。多串多并的電池組在配對組裝、長期使用的過程中不可避免地存在個體差異，保護板(或電池管理系統(tǒng))要負責對整組電池的電壓、電流和溫度、甚至容量進行監(jiān)控，必須做到精確無誤、動作迅速才能起到應有的作用。同時，由于電池組個體性能的差異，在相同的充放電電流下，各節(jié)電池的電壓和可用容量都會有所不同，隨著循環(huán)次數增多，各電池性能差異會越來越顯著，從而會使整個電池組性能大打折扣，壽命大大縮短。要使電池組的性能達到或接近單體電池性能水平，必須對各電池均衡，使電池組內各單體由于充放電性能惡化程度減少到最低。目前大多數廠家都采用了均衡充電保護板對鋰離子電池組進行維護。
正極材料是關鍵錳酸鋰優(yōu)勢大
在動力鋰離子電池的安全性問題中，電極材料中的正極材料是關鍵，也是引發(fā)鋰離子動力電池安全隱患的主要原因。尋求高能量密度、高安全、環(huán)保和價格便宜的電極材料是動力電池發(fā)展的關鍵。目前普遍使用的正極材料分別是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。就國內外取得的數據來看，鈷酸鋰用于動力電池的安全隱患較大，一般不作為動力電池正極材料使用；錳酸鋰的使用比較普遍；鎳鈷錳酸鋰國內使用較少，在中國臺灣以及日本有部分廠商使用。
動力鋰離子電池的設計也影響著電池的安全性。
廠家只有在正負極配比、黏結劑種類、隔膜的組裝方式、極耳種類和焊接方式、封裝形式方面通過周密計算和控制，才能使得極片內部電流分布合理，電池極化小、散熱好以及高效安全。出于安全性的考慮，動力電池在設計時通常要考慮到當異常情況發(fā)生時，電池體系向環(huán)境傳遞熱量的速度能否大于體系產生熱量的速度，因為這決定了熱失控反應發(fā)生的概率。
為了進一步增強動力電池的安全性，眾多廠家一般會向電池的電解液中加入功能性添加劑。這些添加劑有防過充、防氣脹、改善低溫和阻燃的作用。值得一提的是，電解液中添加阻燃劑也是提高動力電池安全性的一個重要方向。加入阻燃劑的目的是為了提高電解液燃燒的氧指數。眾所周知，當材料的氧指數超過27時屬于難燃物質，目前開發(fā)的阻燃劑已經接近或達到這個指標。對于動力電池電解液而言，針對單項功能指標的添加劑開發(fā)并非難事，困難之處在于保證電解液安全性的同時必須兼顧其他常規(guī)性能。為平衡電解液各項功能，多官能團、復合添加劑的研究也是研發(fā)方向。
保護板必不可少
為了加強動力鋰離子電池的安全性，保護板是電池組必配的設備。大多數情況下，鋰電保護板應具備控制鋰離子電池使用工作條件的功能，這些工作條件包括電壓、電流、溫度等。由于鋰離子電池使用的特殊性，使得動力鋰離子電池必須和保護板一起配套使用才能確保整個系統(tǒng)的安全可靠性。多串多并的電池組在配對組裝、長期使用的過程中不可避免地存在個體差異，保護板(或電池管理系統(tǒng))要負責對整組電池的電壓、電流和溫度、甚至容量進行監(jiān)控，必須做到精確無誤、動作迅速才能起到應有的作用。同時，由于電池組個體性能的差異，在相同的充放電電流下，各節(jié)電池的電壓和可用容量都會有所不同，隨著循環(huán)次數增多，各電池性能差異會越來越顯著，從而會使整個電池組性能大打折扣，壽命大大縮短。要使電池組的性能達到或接近單體電池性能水平，必須對各電池均衡，使電池組內各單體由于充放電性能惡化程度減少到最低。目前大多數廠家都采用了均衡充電保護板對鋰離子電池組進行維護。
