幾種鋰離子電池常用的安全技術(shù)介紹
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-12-11 19:42
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1 選用安全系數(shù)更高的原材料
選用安全系數(shù)更高的正負(fù)極活性材料、隔膜材料和電解液。
a）正極材料的選擇
正極材料的安全性主要基于以下3個(gè)方面：
1 材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性；
2 材料的化學(xué)穩(wěn)定性；
3 材料的物理性能。
b）隔膜材料的選擇
隔膜的主要作用是將電池的正、負(fù)極分隔開，防止正負(fù)極接觸而短路，同時(shí)具有使電解質(zhì)離子通過的能力，即具有電子絕緣性和離子導(dǎo)通性。鋰離子電池選用隔膜時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1 具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；
2 有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率；
3 隔膜材料具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，必須耐電解液腐蝕；
4 隔膜要有自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)的功能 ；
5 隔膜的熱收縮率和變形性要盡可能地?。?/div>
6 隔膜要具有一定的厚度；
7 隔膜要具有較強(qiáng)的物理強(qiáng)度并有足夠大的抗穿刺的能力。
c）電解液的選擇
電解液是鋰離子電池的重要組成部分，在電池正負(fù)極之間起著輸送和傳導(dǎo)電流的作用。鋰離子電池使用電解液是以適當(dāng)?shù)匿圎}溶解在有機(jī)非質(zhì)子混合溶劑中而形成的電解質(zhì)溶液。它通常應(yīng)滿足以下幾方面的要求：
1 化學(xué)穩(wěn)定性好， 與電極活性物質(zhì)、集流體和隔膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
2 電化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較寬的電化學(xué)窗口；
3 鋰離子電導(dǎo)率高，電子電導(dǎo)率低；
4 液態(tài)溫度范圍寬；
5 安全無毒，對環(huán)境友好。
2 加強(qiáng)電芯整體安全性設(shè)計(jì)
電芯是將電池各種物質(zhì)組合起來的紐帶，是正極、負(fù)極、隔膜、極耳和包裝膜等系統(tǒng)之集成，電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不單影響到各種材料性能的發(fā)揮，還對電池的整體電化學(xué)性能、安全性能產(chǎn)生重要的影響。材料的選擇與電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正是一種局部與整體的關(guān)系，在電芯設(shè)計(jì)上，應(yīng)該結(jié)合材料特性來制定合理的結(jié)構(gòu)模式。
另外，在鋰電池結(jié)構(gòu)上還可以考慮一些額外的保護(hù)裝置，常見的保護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下幾種：1 采用開關(guān)元件，當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時(shí)，它的阻值隨之上升，當(dāng)溫度過高時(shí)，會(huì)自動(dòng)停止供電；2 設(shè)置安全閥（就是電池頂部的放氣孔），電池內(nèi)部壓力上升到一定的數(shù)值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開，保證電池的使用安全性。
下面對電芯結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)提出一些實(shí)例：
a） 正負(fù)極容量比和設(shè)計(jì)大小片
根據(jù)正負(fù)極材料的特性來選擇合適的正負(fù)極容量比，電芯的正負(fù)極容量的配比是關(guān)系到鋰離子電池安全性的重要環(huán)節(jié)，正極容量過大將會(huì)出現(xiàn)金屬鋰在負(fù)極表面沉積， 而負(fù)極過大電池的容量會(huì)有較大的損失。一般而言，N/P=1.05～1.15，并根據(jù)實(shí)際的電池容量和安全性要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。設(shè)計(jì)大小片，使負(fù)極膏體（活性物質(zhì)） 位置包?。ù笥冢┱龢O膏體位置，一般寬度應(yīng)大1～5 mm，長度應(yīng)大5～10 mm。
b） 隔膜寬度留有余量
隔膜寬度設(shè)計(jì)的總體原則是防止正負(fù)極片直接接觸而發(fā)生內(nèi)部短路，由于電池在充放電過程中和熱沖擊等環(huán)境下，隔膜的熱收縮性導(dǎo)致隔膜在長度和寬度方向上發(fā)生變形，隔膜褶皺的區(qū)域由于正負(fù)極間的距離增大，致使極化增大；隔膜拉伸的區(qū)域由于隔膜變薄而使微短路的可能性加大；隔膜邊緣區(qū)域的收縮則可能導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸而發(fā)生內(nèi)短路，這些都會(huì)使電池因熱失控而發(fā)生危險(xiǎn)。因此，在設(shè)計(jì)電池時(shí)，在隔膜的面積和寬度的使用上必須考慮其收縮特性，隔離膜要比陽極、陰極大?？紤]在工藝誤差外，隔離膜必須比極片外邊長至少0.1mm。
c） 絕緣處理
內(nèi)短路是鋰離子電池存在安全性隱患的重要因素，在電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在很多引發(fā)內(nèi)短路的潛 在危險(xiǎn)部位，因此應(yīng)該在這些關(guān)鍵位置設(shè)置必要的措施或者絕緣，以防止在異常情況下發(fā)生電池內(nèi)短路，比如：正負(fù)極耳間保持必要的間距；收尾單面中間無膏體位需貼絕緣膠帶，并將裸露部分全部包??；正極鋁箔和負(fù)極活性物質(zhì)之間貼絕緣膠帶；應(yīng)用絕緣膠帶將極耳焊接部分全部包?。浑娦卷敳坎捎媒^緣膠帶等。
d） 設(shè)置安全閥 （泄壓裝置）
鋰離子電池發(fā)生危險(xiǎn)，常常是因?yàn)閮?nèi)部溫度過高或壓力過大而引發(fā)爆炸、起火；設(shè)置合理的泄壓裝置，能在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)迅速釋放電池內(nèi)部的壓力和熱量，減少爆炸危險(xiǎn)。合理的泄壓裝置要求既能滿足電池正常工作時(shí)的內(nèi)壓又能在內(nèi)壓達(dá)到危險(xiǎn)極限的時(shí)候自動(dòng)打開而泄放壓力，泄壓裝置的設(shè)置位置 需要考慮電池外殼因內(nèi)壓增大所產(chǎn)生形變的特性來設(shè)計(jì)；安全閥的設(shè)計(jì)可以通過薄片、邊緣、接縫和刻痕等來實(shí)現(xiàn)。
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