豐谷｜ 鋰離子電池的安全性必須了解，測試和解決方案

　　隨著手機(jī)，數(shù)碼產(chǎn)品，電動汽車的普及，鋰離子電池在人們的生活中越來越重要的角色。低能量密度和循環(huán)有限，生活和其他人使用的問題常常被人詬病，但比起這些問題，電池的安全問題是人們關(guān)注的焦點。 　　近年來，由于造成到處事故電池的安全性問題，令人震驚的后果造成了很多的問題，比如波音787“夢想”飛機(jī)鋰電池起火事件震驚業(yè)界，以及電池起火爆炸SamsungGalaxy注意7大范圍，對鋰離子電池的安全性問題再次響起報警。 　　首先，將鋰離子電池的組成和工作 　　的鋰離子電池主要包油壓缸括正電極，負(fù)電極，電解質(zhì)，隔板和外部連接，該包裝構(gòu)件構(gòu)成。其中，正極，包含活性物質(zhì)的負(fù)極，導(dǎo)電劑，粘合劑等。，均勻地涂布在銅箔和鋁箔集電體的鋁。 　　 更高的鋰離子電池正極電位，通常鋰過渡金屬氧化物，或聚陰離子化合物，如鋰鈷氧化物，鋰錳氧化物，三元，磷酸鐵鋰等； 鋰離子電池負(fù)極材料的碳材料通常是，非石墨化碳例如石墨等； 鋰離子電池電解液主要是非水溶液，有機(jī)溶劑混合物，鋰鹽，其中所述溶劑是大多碳酸酯類有機(jī)溶劑，一價多個聚陰離子的鋰鹽的鋰鹽，如六氟磷酸鋰； 鋰離子電池的隔板大多是聚乙烯，聚丙烯微孔膜作隔離正極和負(fù)極材料，以防止由于電子的短路，同時允許的電解質(zhì)效果離子。 　　 在充電期間，內(nèi)部的電池，從在脫垂的形式正電極的鋰離子，通過膜的電解質(zhì)轉(zhuǎn)運，嵌入在陽極； 電池的外部，電子從陽極遷移到外部電路。在放電過程中：從負(fù)極脫垂內(nèi)部的鋰離子電池，通過該膜，嵌入在正極； 電池外部時，電子從正極遷移到外部電路。作為充電和放電時，遷移到“鋰離子”電池之間，而不是單一的物質(zhì)“鋰”，電池被稱為“鋰離子電池”。 　　其次，鋰離子電池的安全危害 　　通常，鋰離子電池的安全性的問題表現(xiàn)為燃燒或爆炸，該問題的根源的電池?zé)崾Э貎?nèi)部發(fā)生，此外，一些外部因素，如過充電，火災(zāi)，擠壓，刺穿，短路和其他問題也可能導(dǎo)致安全問題。鋰離子電池的充電和放電中，如果所產(chǎn)生的熱量超過電池的散熱能力時發(fā)熱，鋰離子電池會過熱，電池材料分解發(fā)生SEI膜時，電解液的分解，正極的分解，負(fù)電極和上與粘合劑的負(fù)反應(yīng)破壞性的副反應(yīng)和反應(yīng)和電解溶液的等。 　　如圖1所示，安全的陰極材料的風(fēng)險 　　當(dāng)鋰離子電池不當(dāng)時，導(dǎo)致在溫度以提高電池的內(nèi)部，在活性物質(zhì)的正電極材料和電解質(zhì)的氧化分解發(fā)生。同時，這兩個反應(yīng)可以產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致在電池溫度進(jìn)一步上升。晶格的活性物質(zhì)不同的脫鋰狀態(tài)轉(zhuǎn)變的熱穩(wěn)定性，和電池的分解溫度變化很大影響。 　　2，負(fù)極材料的安全風(fēng)險 　　早期使用的負(fù)極材料的是金屬鋰，組裝的電池易產(chǎn)生鋰枝晶反復(fù)充放電后，然后刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路，或者甚至爆炸泄漏。鋰化合物能有效地防止枝晶鋰的產(chǎn)生，大大提高了鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，在與電解液的第一狀態(tài)鋰放熱反應(yīng)的負(fù)極碳。在相同的充放電條件，和熱釋放速率電解質(zhì)鋰人造石墨比用鋰插入中間相碳微球，碳纖維，焦炭和其它反應(yīng)熱釋放率的反應(yīng)大得多。 　　3，隔板和電解液的安全危害 　　電解質(zhì)鋰離子電池是鋰鹽的混合溶液和有機(jī)溶劑，其中，所述商業(yè)鋰鹽為六氟磷酸鋰，熱容易在高溫下分解的材料，和少量水和之間的熱化學(xué)反應(yīng)有機(jī)溶劑，降低了電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性。所述有機(jī)溶劑是具有沸點，閃點低，PF5容易在高溫下釋放與鋰鹽反應(yīng)基于碳酸鹽的電解質(zhì)溶液中，這樣的溶劑，容易氧化。 　　4，安全風(fēng)險的制造過程 　　在制造過程中的鋰離子電池，制造電極，電池組件和其它過程會對電池的安全性產(chǎn)生影響。質(zhì)量控制正和負(fù)電極混合，涂布，壓延，沖壓，或片，組裝，電解液填充的量，密封，和類似物入竹刀步驟，并且兩個影響電池的性能和安全性。淤漿的均勻性決定了活性物質(zhì)的分布的均勻性的電極上，從而影響了電池的安全性。淤漿的細(xì)度太大，負(fù)極材料膨脹并且當(dāng)所述電池的充放電，則可能發(fā)生鋰金屬析出的收縮發(fā)生比較大的變化； 淤漿的細(xì)度太小會導(dǎo)致過多的電池的內(nèi)阻。施加的加熱溫度過低或干燥時間小于所述殘留溶劑意愿的，部分溶解的粘合劑，使所述活性物質(zhì)的一部分被容易地剝離； 碳化溫度過高可能會導(dǎo)致粘合劑，活性物質(zhì)脫落電池內(nèi)部短路所造成的。 　　如圖5所示，在使用過程中電池的安全性的問題 　　在使用過程中的鋰離子電池應(yīng)減少盡可能過充電或過放電，特別是對于高容量電池單體，由于熱干擾可能會引發(fā)一系列副反應(yīng)放熱的，引起安全性問題。 　　第三，鋰離子電池的安全性檢測指標(biāo) 　　所生產(chǎn)的鋰離子電池后，到達(dá)消費者手中，還需要進(jìn)行一系列的測試，為了前盡量保證電池的安全性，減少安全隱患。 　　如圖1所示，擠壓試驗：將充滿電的電池被放置在平坦表面上，通過液壓缸13±1KN按壓力施用，直徑32毫米扁鋼桿擠出細(xì)胞，一旦達(dá)到擠壓力被停止擠壓，電池沒有最大起火，不爆炸即可。 　　2，沖擊試驗：將電池完全充電后，放置在一個平坦的表面，其直徑15.8mm鋼板列放置在電池的上下方向的中心，重9。鋼柱重量的1千克從610毫米的電池上方的高度自由下落。電池不起火，不爆炸會。 　　3。過充電試驗：將電池1C完全充電后，經(jīng)受根據(jù)過充電試驗3C過充電10V，當(dāng)電池被過充電電壓的上升時間來穩(wěn)定到一定的電壓，靠近電池電壓迅速上升的一定時間后，當(dāng)達(dá)到時一定限度，帽子決絕電池電壓下降到0V，電池沒有火災(zāi)，爆炸會。 　　如圖4所示，短路試驗：全電池具有小于50mΩ的鉛蓄電池的正極和負(fù)極端子，測試電池的表面溫度，最大電池表面140度的溫度的電阻。] C，電池蓋打開，電池不起火，不爆炸。 　　5，針刺試驗：將充滿電的電池被放置在平坦表面上的3mm直徑的徑向針將刺破電池。測試電池不起火，不爆炸會。 　　6，溫度循環(huán)試驗：鋰離子電池的溫度循環(huán)試驗是用來模擬運輸或儲存過程中的鋰離子電池，反復(fù)暴露于高溫和低溫環(huán)境下，鋰離子電池的安全性，并迅速測試是利用極端溫度的變化作出。經(jīng)過試驗樣品應(yīng)不起火，不爆炸，不泄漏。 　　第四，鋰離子電池的安全性的解決方案 　　對于許多材料的鋰離子電池的安全性的問題，在制造和使用，以及如何改善在部分容易出現(xiàn)問題的安全，一個鋰離子電池制造商需要解決的問題。 　　1，提高電解液的安全性 　　高反應(yīng)性是電解液與正電極和負(fù)電極之間，特別是在高溫下，為了提高電池的安全性，提高電解液的安全性的更有效的方法之一。通過添加功能性添加劑，使用鋰鹽和一種新型的使用新的安全問題的，可以有效地解決了電解液的溶劑。 　　取決于添加劑的功能，它可以分為以下幾類：安全添加劑，成膜添加劑，陰極保護(hù)添加劑，穩(wěn)定添加劑，鋰鹽，鋰促進(jìn)沉淀添加劑，防腐添加劑集電極，潤濕性增強(qiáng)添加劑。 　　為了改善商用鋰鹽的性能，研究人員原子被執(zhí)行以獲得一個數(shù)字衍生物的方法，其中所述全氟烷基取代化合物得到具有高的閃點，約的導(dǎo)電性，耐水性和提高許多優(yōu)點原子，是一個非常有前途的類該化合物的鋰鹽的。此外，硼原子為中心原子，和鋰鹽的氧陰離子得到具有高的熱穩(wěn)定性螯合配體。 　　溶劑的方面中，許多研究人員已經(jīng)提出了一系列新的有機(jī)溶劑，如羧酸酯，有機(jī)醚類有機(jī)溶劑中。此外，還存在一類離子液體電解質(zhì)的安全的，但相對基于碳酸酯的電解質(zhì)溶液通常用于，大小，導(dǎo)電性，離子的自擴(kuò)散，從實用了大量的工作系數(shù)低的高粘度的離子液體的訂單去做。 　　2，以提高電極材料的安全 　　鋰鐵磷酸鹽以及三元復(fù)合材料被認(rèn)為是成本低，“安全性優(yōu)異”的正電極材料，有可能在電動汽車行業(yè)普遍應(yīng)用。作為正極材料，其是提高了安全性涂層的常用方法被修改，例如表面涂覆金屬氧化物正極材料，可以防止陰極材料和電解質(zhì)之間的直接接觸，正電極以抑制發(fā)生相變材料，提高了其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，降低的晶格無序陽離子，以便減少副反應(yīng)產(chǎn)熱。 　　對于陽極材料時，由于鋰離子電池，該電池通常是最容易產(chǎn)生表面的發(fā)熱部的熱和化學(xué)分解，從而提高了SEI膜的熱穩(wěn)定性是用于提高負(fù)極材料的安全性的密鑰的方法。由弱氧化，金屬和金屬氧化物，聚合物，或碳涂層的沉積，負(fù)電極材料可為改善的熱穩(wěn)定性。 　　3，提高電池安全保護(hù)設(shè)計 　　除了提高電池的安全性的材料，多種安全措施，采用商品鋰離子電池，電池被提供作為一個安全閥，串聯(lián)連接具有正溫度系數(shù)的熱熔保險絲部件，使用熱密封隔膜，特別負(fù)載保護(hù)電路，專用電池管理系統(tǒng)，也意味著更高的安全性。