為什么鋰電池會有安全性問題？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-23 12:31
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一般來說，鋰離子電池出現(xiàn)安全問題表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸，出現(xiàn)這些問題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控。除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導(dǎo)致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發(fā)熱，如果產(chǎn)生的熱量超過了電池?zé)崃康暮纳⒛芰?，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發(fā)生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應(yīng)和負極與粘合劑的反應(yīng)等破壞性的副反應(yīng)。
1. 正極材料的安全隱患
當(dāng)鋰離子電池使用不當(dāng)時，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會發(fā)生活性物質(zhì)的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應(yīng)能夠產(chǎn)生大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對活性物質(zhì)晶格轉(zhuǎn)變、分解溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。
2 .負極材料的安全隱患
早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產(chǎn)生鋰枝晶(鋰電池在充電過程中鋰離子還原時形成的樹枝狀金屬鋰)，進而刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產(chǎn)生，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負極首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應(yīng)的放熱速率遠大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應(yīng)放熱速率。
3 .隔膜與電解液的安全隱患
鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分解，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學(xué)反應(yīng)，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點(閃燃是液體表面產(chǎn)生足夠的蒸氣與空氣混合形成可燃性氣體時，遇火源產(chǎn)生短暫的火光，發(fā)生一閃即滅的現(xiàn)象。閃燃的最低溫度稱為閃點)較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應(yīng)，易被氧化。
4 .制造工藝中的安全隱患
鋰離子電池在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會對電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現(xiàn)負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；漿料細度太小會導(dǎo)致電池內(nèi)阻過大。涂布加熱溫度過低或烘干時間不足會使溶劑殘留，粘結(jié)劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過高可能造成粘結(jié)劑炭化，活性物質(zhì)脫落造成電池內(nèi)部短路。
5 .電池使用過程中的安全隱患
鋰離子電池在使用過程中應(yīng)該盡可能減少過充電或者過放電，特別對于單體容量高的電池，過充電或者過放電可能會引發(fā)一系列放熱副反應(yīng)，導(dǎo)致安全性問題。
6.聚合物鋰離子電池是否會有安全隱患：
根據(jù)鋰離子電池所用電解質(zhì)材料的不同，鋰離子電池分為液態(tài)鋰離子電池和聚合物鋰離子電池或塑料鋰離子電池。
聚合物鋰離子電池所用的正負極材料與液態(tài)鋰離子電池都是相同的，正極材料為鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰材料，負極為石墨，電池工作原理也基本一致。它們的主要區(qū)別在于電解質(zhì)的不同， 液態(tài)鋰離子電池使用液體電解質(zhì)， 聚合物鋰離子電池則以固體聚合物電解質(zhì)來代替， 這種聚合物可以是“干態(tài)”的，也可以是“膠態(tài)”的，目前大部分采用聚合物凝膠電解質(zhì)。
聚合物鋰離子電池可以使用軟包裝，在內(nèi)部產(chǎn)生氣體時，可以更早的突破殼體，避免氣體聚集過多，產(chǎn)生激烈漲裂。很多人認為聚合物鋰離子電池的安全性能比液態(tài)鋰離子電池的安全性能要好。
但聚合物鋰離子電池并沒有從根本上解決安全性問題，同樣使用鈷酸鋰和有機電解液，而且電解液為膠狀，不易泄漏，一旦過熱將會發(fā)生更猛烈的燃燒。燃燒是聚合物鋰離子電池安全性最大的問題。
