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影响锂离子电池安全性的因素有哪些
2017年06月10日
电池材料
电池正极材料的热稳定性是锂离子动力电池安全性的重要因素。当电池温度升高时,电池内部会发生许多放热反应。如果电动汽车用锂离子电池产生的热量超过了热量的散失,则随着电池内部温度的升高,正极发生活性物质的分解和电解液的氧化,这两种反应将产生大量的热,从而导致电池温度的进一步上升,引起恶性循环,就可能出现电池燃烧或爆炸。
大多数小容量锂离子电池正极材料为氧化钴锂。过充时,正极剩余的锂离子将会涌向负极形成枝晶,在负极上形成枝晶是氧化钴锂电池过充时必然的结果,甚至在正常充放电过程中,也可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶,枝晶刺穿隔膜,形成内部短路。此外,钴在温度上升到一定值时可能起火爆炸。
当前锂离子电池所用的负极材料大部分采用石墨,随着温度的升高,嵌锂状态下的碳负极将首先与电解液发生放热反应。在相同的充放电条件下,电解液与嵌锂人造石墨反应的放热速率远大于嵌锂的MCMB、炭纤维、焦炭反应的放热速率。这是由于石墨材料的层间距最小,锂离子在其中的扩散速度较慢,电阻大,极化大,导致电池温度升高。
电解液的主要成分为有机溶剂,有机溶剂在过热或过电压下发生分解,产生大量气体和更多的热,电池内压便会急剧上升。电解液所用锂盐如LiClO4发生分解释放出氧气,若进入水分,则形成强酸与碳负极反应,生成易燃气体并腐蚀隔膜使正负极短路。当过充、短路、高温等情况发生时,高活性的金属锂可能会沉积在电极颗粒表面,与有机电解液反应而造成起火或爆炸。
聚合物电解质锂离子电池并没有从根本上解决安全性问题,而且电解液为胶状,不易泄漏,事故发生时将会发生更猛烈的燃烧,燃烧是聚合物电池安全性最大的问题。
锂离子电池的制造工艺
用锂离子电池的性能和安全性。
浆料的均匀度决定了活性物质在电极上分布的均匀性,从而影响电池的安全性。浆料细度太大,电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩比较大的变化,可能出现金属锂的析出;浆料细度太小、涂布加热温度过低或烘干时间不足会使电池内阻过大;涂布加热时间过低或烘干时间不足还会使溶剂残留,黏结剂部分溶解,造成部分活性物质容易剥离;温度过高可能造成黏结剂炭化,活性物质脱落形成电池内短路。
电池使用和维护
无论是什么结构的锂离子电池,电极制造、电池装配等制造过程都会对电池的安全性产生影响。如正极和负极混料、涂布、辊压、裁片或冲切、组装、加注电解液的量、封口、化成等诸道工序的质量控制,无一不影响电动汽车充电电压超过4.2V,正极会填人过多的锂,使电极结构受到破坏;负极会有锂沉积;电解质中碳酸酯类在电动势低的负极和电动势高的正极都是热力学不稳定的,溶剂会发生分解析出气体,同时放出大量热量,使电池出现爆炸和起火的危险。当电池放电电压低于2.5V时,负极铜集流网会发生溶解,碳材料的层状结构会受到破坏。因而必须使电池组中的每个单电池工作电压范围在2.5~4.2V。此外,电池的温度也必须严格控制,一旦出现过高温度(60℃),不仅使电池性能下降(有时候是不可恢复的),而且加剧了使电池出现爆炸和起火的危险。
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