鋰離子動(dòng)力電池的安全性與解決方案
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-02-15 15:55
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鋰離子動(dòng)力電池的安全性與解決方案
鋰離子電池不安全行為的機(jī)理
艾新平分析指出，鋰離子動(dòng)力電池除了正常的充放電響應(yīng)外，還有許多潛在的放熱側(cè)響應(yīng)。當(dāng)電池溫度或充電電壓過高時(shí)，很容易引起這些放熱副作用。
主要的過熱副作用包括:1。當(dāng)溫度高于130℃時(shí)，SEI膜發(fā)生分化，使得電解液在暴露的高活性碳負(fù)極表面大量回收和分化，導(dǎo)致電池溫度升高。這是電池?zé)崾Э氐母驹颉?/div>
2. 充電狀態(tài)正極的熱分化和放熱，以及活性氧引起的電解質(zhì)進(jìn)一步分化，加劇了電池內(nèi)部的蓄熱，促進(jìn)了熱逃逸。
3.電解液的熱分異導(dǎo)致電解液的分異和放熱，加速了電池的溫升。
4. 粘結(jié)劑與高活性負(fù)極的反應(yīng)。LixC6與PVDF的初始反應(yīng)溫度約為240℃，峰值為290℃，反應(yīng)熱為1500J/g。
主要的過充副反應(yīng)是，有機(jī)電解液氧化分化，攻擊有機(jī)小分子氣體，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力增大，溫度升高。
當(dāng)放熱側(cè)反應(yīng)的熱生成率高于熱耗散率的電池,電池的內(nèi)部壓力和溫度急劇上升,進(jìn)入自動(dòng)加熱狀態(tài),不能控制,也就是說,熱失控導(dǎo)致電池焚燒。電池越厚，容量越大，冷卻越慢，產(chǎn)生的熱量越大，就越有可能造成安全問題。
鋰離子電池不安全行為的觸發(fā)器
主要包括以下三種情況引起的短路:(1)不同工藝元件的間隙表面導(dǎo)電塵埃、正極和負(fù)極位錯(cuò)、電極毛刺和電解液彌散;材料猜測金屬雜質(zhì);(3)低溫充電、大電流充電時(shí)，負(fù)極衰減過快的性能會(huì)導(dǎo)致負(fù)極鋰的出現(xiàn)、振蕩或爆震等使用過程。
此外，還存在大電流充電引起的過充、電極涂層不均勻引起的部分過充、電液分散、正極性能衰減過快等因素。
鋰離子電池安全技術(shù)的進(jìn)步
傳統(tǒng)的電池安全設(shè)計(jì)與制造、PTC限流裝置、壓力安全閥、熱密封與隔離、提高電池?cái)?shù)據(jù)熱穩(wěn)定性等方法都有其局限性，只能在一定程度上降低電池發(fā)生不安全行為的概率。艾新平強(qiáng)調(diào):對(duì)基礎(chǔ)處理，需要學(xué)習(xí)抗短路、抗過充、抗熱失控、抗焚燒和不可燃電解液等新技能，建立電池自激安全保護(hù)機(jī)制。
1. 防止電池內(nèi)部短路。防護(hù)涂層，如陶瓷屏障和負(fù)熱障。
2. Anti-overcharge技能。
電添加劑的氧化回收。當(dāng)電池過充時(shí)，R在正極上氧化成O, O擴(kuò)散到負(fù)極，再回到R。這種內(nèi)部循環(huán)使充電電位應(yīng)力達(dá)到安全值，控制電解液的分化等電極反應(yīng)。
二甲氧基苯衍生物具有電壓應(yīng)力穩(wěn)定的能力，但由于溶解度低，其應(yīng)力可小于0.5c。電池自放電。航天飛機(jī)的分子結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步研究。
可逆過充保護(hù)不僅可以解決電池過充問題，還可以平衡電池組中單個(gè)電池的容量，降低對(duì)電池一致性的要求，延長電池壽命。
(2)電壓敏感間隙。在空隙微孔中填充有一種電活性聚合物。在正常的充放電電壓范圍內(nèi)，間隙處于絕緣狀態(tài)，只允許離子導(dǎo)電。當(dāng)充電電壓達(dá)到控制值時(shí)，聚合物被氧化并摻雜成電子導(dǎo)電狀態(tài)。在正極和負(fù)極之間形成一個(gè)聚合物導(dǎo)電橋，以繞過充電電流，防止電池過度充電。
