防止鋰離子電池爆炸的措施
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-15 21:21
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1，提高電池材料的熱穩(wěn)定性
正極材料可以通過優(yōu)化合成條件 ,改進(jìn)合成方法 ,合成熱穩(wěn)定性好的材料 ;或使用復(fù)合技術(shù)(如摻雜技術(shù))、表面包覆技術(shù)(如涂層技術(shù))來改善正極材料的熱穩(wěn)定性。
負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性與負(fù)極材料的種類 、材料顆粒的大小以及負(fù)極所形成的SEI膜的穩(wěn)定性有關(guān) 。如將大小顆粒按一定配比制成負(fù)極即可達(dá)到擴(kuò)大顆粒之間接觸面積 ,降低電極阻抗 ,增加電極容量 ,減小活性金屬鋰析出可能性的目的。
SEI 膜形成的質(zhì)量直接影響鋰離子電池的充放電性能與安全性,將碳材料表面弱氧化 ,或經(jīng)還原 ，摻雜，表面改性的碳材料以及使用球形或纖維狀的碳材料有助于SEI膜質(zhì)量的提高。
電解液的穩(wěn)定性與鋰鹽 、溶劑的種類有關(guān) 。采用熱穩(wěn)定性好的鋰鹽 ,電位穩(wěn)定窗口寬的溶劑可以提高電池的熱穩(wěn)定性 。在電解液中添加一些高沸點(diǎn) 、高閃點(diǎn)和不易燃的溶劑可以改善電池的安全性。
導(dǎo)電劑與粘結(jié)劑的種類與數(shù)量也影響著電池的熱穩(wěn)定性，粘結(jié)劑與鋰在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱 ,不同粘結(jié)劑發(fā)熱量不同 , PVDF 的發(fā)熱量幾乎是無氟粘結(jié)劑的2倍 ,用無氟粘結(jié)劑代替PVDF可以提高電池的熱穩(wěn)定性。
3.2，提高電池過充保護(hù)能力
為防止鋰離子電池過充 ,通常采用專用的充電電路來控制電池的充放電過程 ,或者在單個(gè)電池上安裝安全閥以提供更大程度的過充保護(hù) ; 其次也可采用正溫度系數(shù)電阻器(PTC),其作用機(jī)理為當(dāng)電池因過充而升溫時(shí) ,增大電池的內(nèi)阻 ,從而限制過充電流 ;還可采用專用的隔膜 ,當(dāng)電池發(fā)生異常引起隔膜溫度過高時(shí) ,隔膜孔隙收縮閉塞 ,阻止鋰離子的遷移 ,防止電池的過充。
3.3，防止電池的短路
對(duì)于隔膜而言而言 ,孔率為40%左右 ,且分布均勻，孔徑為10nm的隔膜能阻止正負(fù)極小顆粒運(yùn)動(dòng) ,從而提高鋰離子電池的安全性 ;
隔膜的絕緣電壓與其防止正負(fù)極的接觸有著直接的關(guān)系 ,隔膜的絕緣電壓依賴于隔膜的材質(zhì) 、結(jié)構(gòu)以及電池的裝配條件 ;
采用熱閉合溫度和熔融溫度差值比較大的復(fù)合隔膜 (如PP/PE/PP)可防止電池?zé)崾Э?。將隔膜表面涂覆陶瓷層提高隔膜耐溫性。利用低熔點(diǎn)的PE(125℃) 在溫度較低的條件下起到閉孔作用 , PP(155℃) 又能保持隔膜的形狀和機(jī)械強(qiáng)度 ,防止正負(fù)極接觸 ,保證電池的安全性。
大家都知道以石墨負(fù)極替代金屬鋰負(fù)極 ,從而使充放電過程中鋰在負(fù)極表面的沉積和溶解變?yōu)殇囋谔碱w粒中的嵌入和脫出 ,防止了鋰枝晶的形成 。但這并不代表鋰離子電池的安全性已經(jīng)解決 ,在鋰離子電池充電過程中 ,如果正極容量過多 ,就會(huì)出現(xiàn)金屬鋰在負(fù)極表面沉積 ,負(fù)極容量過多 ,電池容量損失較嚴(yán)重。
涂布厚度及其均一性也影響鋰離子在活性物質(zhì)中的嵌入和脫出 。例如負(fù)極面密度較厚 不均一 ,因此充電過程中各處極化大小不同 ,就有可能發(fā)生金屬鋰在負(fù)極表面局部沉積 。
此外 ,使用條件不當(dāng)也會(huì)引起電池的短路 ,低溫條件下 ,由于鋰離子的沉積速度大于嵌入速度 ,從而導(dǎo)致金屬鋰沉積在電極表面引起短路。因此 ,控制好正負(fù)極材料的比例 ,增強(qiáng)涂布的均勻性等是防止鋰枝晶形成的關(guān)鍵。
此外 ,粘結(jié)劑的晶化 、銅枝晶的形成也會(huì)造成電池內(nèi)部短路 。在涂布工藝中 ,通過涂布烘烤加熱將漿料中溶劑全部除去 ,若加熱溫度過高 ,則粘結(jié)劑也有可能發(fā)生晶化 ,會(huì)使活性物質(zhì)剝落 ,使電池內(nèi)部短路。
在過放條件下,當(dāng)電池過放至1-2V時(shí),作為負(fù)極集電體的銅箔將開始溶解,并于正極上析出,小于1V時(shí)正極表面則開始出現(xiàn)銅枝晶 ,使鋰離子電池內(nèi)部短路。
