鋰離子電池的安全隱患

 

一般來說，鋰離子電池存在燃燒甚至爆炸等安全問題。這些問題的根本原因是電池內(nèi)部的熱失控。此外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、擊穿、短路等問題，也會(huì)導(dǎo)致安全問題。鋰離子電池在充放電過程中會(huì)發(fā)熱。如果產(chǎn)生的熱量超過了電池的散熱能力，鋰離子電池就會(huì)過熱，電池材料會(huì)發(fā)生SEI膜分解、電解液分解、正極分解、負(fù)極與電解液反應(yīng)、負(fù)極與膠黏劑反應(yīng)等破壞性副反應(yīng)。

 

1. 正電極材料的安全隱患

 

當(dāng)鋰離子電池使用不當(dāng)時(shí)，電池內(nèi)部溫度會(huì)升高，導(dǎo)致活性物質(zhì)分解，電解液氧化。同時(shí)，這兩個(gè)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致電池溫度進(jìn)一步升高。不同的鋰離子狀態(tài)對電池的晶格轉(zhuǎn)變、分解溫度和熱穩(wěn)定性有很大的影響。

 

2. 負(fù)電極材料的安全風(fēng)險(xiǎn)

 

前期使用的陰極材料是金屬鋰。組裝后的電池在多次充放電后容易產(chǎn)生鋰枝晶，進(jìn)一步刺穿薄膜，導(dǎo)致電池短路、泄漏甚至爆炸。嵌鋰化合物可以有效避免鋰枝晶的形成，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌在鋰中的碳負(fù)極首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。在相同充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨的放熱反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于與嵌鋰介相炭微球、碳纖維、焦炭等的放熱反應(yīng)速率。

 

3.隔膜和電解液的安全隱患

 

鋰離子電池的電解質(zhì)是鋰鹽與有機(jī)溶劑的混合溶液，其中商用鋰鹽為六氟磷酸鋰。該材料易在高溫下熱分解，與微量水和有機(jī)溶劑進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，降低電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性。電解液的有機(jī)溶劑為碳酸酯。這種溶劑的沸點(diǎn)和閃點(diǎn)都較低。在高溫下容易與鋰鹽中釋放的PF5發(fā)生反應(yīng)，容易被氧化。

 

4. 制造過程中的安全隱患

 

在鋰離子電池的制造過程中，電極的制造、電池的組裝等過程都會(huì)對電池的安全性產(chǎn)生影響。如正負(fù)混合、涂覆、滾壓、切割或沖孔、組裝、充液量、密封、成型等過程的質(zhì)量控制，不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻性決定了電極上活性物質(zhì)分布的均勻性，影響電池的安全性。漿料的尺寸過大，電池充放電時(shí)就會(huì)出現(xiàn)陰極材料的膨脹和收縮比較大的變化，可能會(huì)出現(xiàn)鋰金屬沉淀;漿液的尺寸太小會(huì)導(dǎo)致電池的內(nèi)阻。涂層加熱溫度過低或干燥時(shí)間不夠會(huì)使溶劑殘留，部分粘結(jié)劑溶解，造成部分活性物質(zhì)易剝落;高溫可能會(huì)引起粘結(jié)劑碳化，使活性物質(zhì)脫離電池內(nèi)部短路。

 

5. 鋰離子電池使用中的安全隱患

 

鋰離子電池應(yīng)盡量減少過充或過放電，特別是對于容量大的電池，因?yàn)闊釘_動(dòng)可能會(huì)引起一系列放熱副反應(yīng)，導(dǎo)致安全問題。

 

一般來說，鋰離子電池儲(chǔ)存的總能量與它的安全性成反比。隨著電池容量的增加，電池尺寸也在增大，散熱性能也越來越差，因此發(fā)生事故的可能性會(huì)大大增加。

 

這些是鋰離子電池的工作原理和安全隱患?？偠灾S著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對鋰離子電池的設(shè)計(jì)、制造、測試和使用的了解，未來的鋰離子電池會(huì)變得更加安全。