鉅大LARGE | 點擊量：2251次 | 2021年05月25日
鋰離子電池安全隱患存在有什么？
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、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發(fā)熱，假如出現(xiàn)的熱量超過了電池熱量的耗散能力，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
當鋰離子電池使用不當時，導致電池內(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)能夠出現(xiàn)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出現(xiàn)鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效防止鋰枝晶的出現(xiàn)，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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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出現(xiàn)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，特別關(guān)于單體容量高的電池，因熱擾動可能會引發(fā)一系列放熱副反應(yīng)，導致安全性問題。鋰系電池是近20年來發(fā)展最快的電池體系，目前被廣泛用于電子產(chǎn)品。而近來發(fā)生的手機、筆記本電腦爆炸本質(zhì)上就是電池爆炸。手機和筆記本電池到底是什么樣的，如何工作，為何會發(fā)生爆炸，如何防止爆炸，這些都是廣大讀者關(guān)心的問題，本文將一一深入進行探討。
原理解構(gòu)
鋰系電池分為鋰離子電池和鋰離子電池。目前手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰離子電池。本文將討論目前手機等使用的鋰離子電池，而真正的鋰離子電池由于危險性大，沒有應(yīng)用于日常電子產(chǎn)品。
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為搖椅電池。
鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒有記憶效應(yīng)。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環(huán)性能優(yōu)越、可快速充放電、充電效率高達100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環(huán)境污染，被稱為綠色電池。
充電是電池重復(fù)使用的重要步驟，鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恒流快充階段(指示燈呈紅色或黃色)和恒壓電流遞減階段(指示燈呈綠色)。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標準電壓，隨后在控制芯片下轉(zhuǎn)入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0，而最終完成充電。電量統(tǒng)計芯片通過記錄放電曲線可以抽樣計算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用后，放電曲線會發(fā)生改變，鋰離子電池雖然不存在記憶效應(yīng)，但是充電不當會嚴重影響電池性能。
鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結(jié)構(gòu)，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。
充電量等于充電電流乘以充電時間，在充電控制電壓一定的情況下，充電電流越大(充電速度越快)，充電電量越小。電池充電速度過快和終止電壓控制點不當，同樣會造成電池容量不足，實際是電池的部分電極活性物質(zhì)沒有得到充分反應(yīng)就停止充電，這種充電不足的現(xiàn)象隨著循環(huán)次數(shù)的新增而加劇。
安全隱患
鋰離子電池的安全性問題，不僅與池材料本身性質(zhì)有關(guān)，而且與電池制備技術(shù)和使用有關(guān)。手機電池頻頻發(fā)生爆炸事件，一方面是由于保護電路失效，但更重要的是在于材料方面并沒有根本的解決問題。
鈷酸鋰正極活性材料在小電芯方面是很成熟的體系，但是充滿電后，仍舊有大量的鋰離子留在正極，當過充時，殘留在正極的鋰離子將會涌向負極，在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時必然的結(jié)果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會有多余的鋰離子游離到負極形成枝晶，鈷酸鋰材料的理論比能量是超過每克270毫安時的，但為保證其循環(huán)性能，實際使用容量只有理論容量的一半。在使用過程中，由于某種原因(如管理系統(tǒng)損壞)而導致電池充電電壓過高，正極中剩余的一部分鋰就會脫出，經(jīng)電解液到負極表面以金屬鋰的形式沉積形成枝晶。枝晶刺穿隔膜，形成內(nèi)部短路。
電解液的重要成分為碳酸酯，閃點很低，沸點也較低，在一定條件下會燃燒甚至爆炸。如電池出現(xiàn)過熱，會導致電解液中的碳酸酯被氧化和還原，出現(xiàn)大量氣體和更多的熱，如缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放，電池內(nèi)壓便會急劇上升而引起爆炸。
聚合物電解質(zhì)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，將會發(fā)生更猛烈的燃燒，燃燒是聚合物電池安全性最大的問題
