鋰電池安全問題為甚么頻發(fā)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-08-03 15:23
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首先，鋰電池正極和負(fù)極采用了嵌入反應(yīng)方式，與一般的化學(xué)反應(yīng)如鉛酸蓄電池中鉛變硫酸鉛的反應(yīng)不一樣，嵌入反應(yīng)過程中材料表面也就是界面的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，因此保證了鋰電池的長(zhǎng)壽命系統(tǒng)。
其次，鋰電池具有高能量密度的特性，高能量密度主要得益于兩方面：一是高容量電極材料的使用；二是寬的電化學(xué)窗口電解質(zhì)的使用（這里所指的主要是非水溶液體系電解質(zhì)或者固體電解質(zhì)），使得電池的電壓大幅度提高。
“今朝的鋰電池均勻電壓可以到3.7V以上，最高電壓可以達(dá)到4.4V以上。這樣的設(shè)計(jì)，與一般的水溶液電解質(zhì)相比，鋰電池中沒有鉗制反應(yīng)。”邱新平指出，比如說，如果鉛酸蓄電池過充電，過充電以后多余的電可以把水分析，分析完之后，再用氫氧復(fù)合基質(zhì)把多余的電能變成熱能釋放出來，“鋰電池并沒有這個(gè)機(jī)制，所以一旦過充電，就會(huì)帶來很多安全問題。”
熱失控是電池正極跟電解質(zhì)的燃燒反應(yīng)
邱新平指出，鋰電池的特性決定了發(fā)展電動(dòng)車要格外關(guān)注鋰電池的安全性問題。業(yè)內(nèi)在剖析電動(dòng)車起火原由時(shí)，熱失控被頻繁提及。
到底什么是熱失控？
據(jù)邱新平解釋，當(dāng)電池的溫度達(dá)到某一溫度時(shí)，電池內(nèi)部會(huì)發(fā)生劇烈的反應(yīng)，萌生大量的熱，這種情況已經(jīng)無法人為管控，就跟原子彈一樣，到了某個(gè)極限就馬上爆炸，業(yè)內(nèi)把這種反應(yīng)稱為熱失控反應(yīng)。
從原理上看，鋰電池?zé)崾Э氐倪^程，主要是正極跟電解質(zhì)的燃燒反應(yīng)。“我們?cè)囼?yàn)室拿鈷酸鋰做了一個(gè)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨著鈷酸鋰材料中的鋰被不斷地提取出來，也就是電池合成SOC的增加，鈷酸鋰分析的溫度會(huì)不斷地下降，自身就會(huì)發(fā)生析氧。而這種氧不會(huì)形成氧氣，而是活潑的氧，這種活潑的氧會(huì)與電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑反應(yīng)，從而萌生大量的熱，并且這個(gè)反應(yīng)速度非?？欤瑢?dǎo)致熱失控。”邱新平進(jìn)一步補(bǔ)充道。
引發(fā)熱失控的原由有兩類
電池產(chǎn)熱是電池工作過程中的必然產(chǎn)物，如果電池的熱釋放即熱擴(kuò)散速度比產(chǎn)熱速度要快，電池溫度就不會(huì)上升，不會(huì)達(dá)到熱失控溫度。但往往有些時(shí)候，電池的散熱性并不是很好。
邱新平將引起熱失控的原由分為兩類。
第一類是電池外部因素。如果電池所處的環(huán)境溫度過高，電池散熱不好，或者內(nèi)部卷得不好，導(dǎo)致電池散熱不通暢。此外，還有一種情況需要企業(yè)特別留意，就是電池脊柱有時(shí)候能把熱引進(jìn)去，電池的金屬脊柱有銅的，有鋁的，導(dǎo)熱性都比較好，“電路中有某些高熱源的元器件，一定要離電池脊柱遠(yuǎn)一些，讓熱量充足發(fā)揮。”邱新平補(bǔ)充。
第二類是電池內(nèi)部因素。一是微短路，微短路有兩種情況，一種是電池工藝中的短路，包括毛刺；另一種是使用過程中的短路，這些都會(huì)引起微短路，導(dǎo)致電池局部溫度高于熱失控溫度，從而萌生熱失控現(xiàn)象。
二是電池過充電，過充以后會(huì)降低材料的熱失控溫度。“像電池在使用中后期的容量已經(jīng)衰減了，這時(shí)候電池本身就已經(jīng)處于過充狀態(tài)，熱失控溫度自然會(huì)下降。”邱新平指出。
三是電解質(zhì)用量，如果用量過多，爆炸的危害性會(huì)很大，火焰噴得很高很遠(yuǎn)，所以要嚴(yán)格控制電解質(zhì)用量。
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