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锂离子电池安全问题剖析

2020-05-22 13:59:01 电池世界   浏览次数:36

近年来,市场对锂离子电池的需求量与日俱增,并对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求。然而,近年来关于锂离子电池燃烧、爆炸而引发的安全事故屡见不鲜,如三星GalaxyNote7电池爆炸起火事件、特斯拉电动汽车自燃事故、波音737客机锂电池冒烟风波等,严重打击了消费者信心,引起了人们对整个锂电行业的恐慌及安全担忧。

锂电池发展趋势

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锂电池的发展趋势

随着锂电池在电子器械等产品上应用越来越广泛,甚至还应用在了卫星、航空等方面,人们对于锂电池的认识越来越深刻,同时,也对锂电池的安全性提出了更高的要求。

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我国锂电池发展面临的问题

我国研制锂电池的许多重要的原材料还要依靠国外进口,负极材料的原料产业链也并不完善。因此,要完善属于我国的锂电池生产产业链还有很长的路要走。

(未来锂电池技术领域的发展趋势)

锂离子电池安全问题原因剖析

从外部原因分析,过充、过放、电池短路、热冲击、针刺等都会导致锂离子电池安全问题。

从内部原因分析,造成锂离子电池安全问题主要有以下几点:

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负极析锂

由于嵌入负极材料内部动力学较慢的原因,在低温过充或大电流充电情况下,金属锂会直接析出在负极表面,可能导致锂枝晶,造成微短路,高活性的金属锂与液体电解质直接发生还原反应,损失活性锂,增加内阻,影响电池性能。随着循环不断进行,锂枝晶会进一步的增加,进而刺破隔膜,导致电池短路、漏液甚至发生爆炸。

02

正极材料释氧及结构破坏

当正极充电至较高电压时,其处于高氧化态,晶格中的氧容易失去电子以游离氧的形式析出,游离氧会与电解液发生氧化反应,放出大量的热,而且低着火点的有机电解液在氧的存在和温度升高的情况下极不安全,从而电池极易发生燃烧、爆炸。

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电解液分解和反应

液态锂离子电池的电解液为锂盐与有机溶剂的混合溶液,其中商用的锂盐为六氟磷酸锂,该材料在高温下易发生热分解,并会与微量的水以及有机溶剂之间进行热化学反应。电解液有机溶剂为碳酸酯类,这类溶剂沸点、闪点较低,在高温下容易与锂盐释放的PF5反应,易被氧化。当有锂、氧存在时,会发生一系列放热副反应,直接影响电池性能,甚至导致电池起火爆炸。

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隔膜均匀性差及收缩破裂

当锂枝晶刺穿隔膜或温度较高时隔膜发生收缩破裂,就会使电池正负极发生短路,情况严重时会造成安全事故。

05

高温失效

高温可以来自外部原因,也可以来自内部的短路、电化学与化学放热反应、大电流焦耳热。在高温下,会导致电池内部出现一系列不良反应,如SEI膜分解、高活性的正、负极材料与电解液发生反应、锂盐自分解、正极释氧、电解液反应等,这些反应有可能导致热失控。

无论是工业界还是学术界针对锂电池技术安全问题从材料、电极、电芯、模组、电源管理、热管理、系统设计等各个层面采取了多种改进措施,虽取得一定进展,但还是未达到理想效果,其安全性问题依然十分突出。因此,如何突破这一技术瓶颈,满足高安全性电池技术的需要,发展出不易燃、易爆的锂电池,十分必要和迫切。

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