锂离子电池存在燃烧甚至爆炸等安全问题吗？
来源：宝鄂实业
2019-12-25 17:53
点击量：次
新型锂离子动力电池的安全问题还没有解决方案吗?随着手机、数码产品和电动汽车的普及，锂离子电池在人们的生活中扮演着越来越重要的角色。低能量密度和有限的循环寿命经常被批评，但电池安全是一个主要的问题。近年来，电池安全事故屡见不鲜，很多都造成了可怕的后果。难道真的没有办法解决新型锂离子电池的安全问题吗?
动力锂电池。JPG
锂电池安全性分析
一般来说，锂离子电池存在燃烧甚至爆炸等安全问题。这些问题的根本原因是电池内部的热失控。此外，一些外部因素，如过充、火源、挤压、击穿、短路等问题，也会导致安全问题。锂离子电池在充放电过程中会发热。如果产生的热量超过了电池的散热能力，锂离子电池就会过热，电池材料会发生SEI膜分解、电解液分解、正极分解、负极与电解液反应、负极与胶黏剂反应等破坏性副反应。
将热力学的观点:研究证实,不仅是在阴极,阳极材料的表面还覆盖一层薄的钝化膜,表面的钝化膜覆盖在电极的锂离子电池性能将会非常重要对各个方面的影响,和特殊的接口问题只存在于非水有机电解液系统。
从费米能级来看，现有的锂离子电池系统在热力学上是不稳定的。其工作稳定的原因是正负电极表面的钝化膜动态隔离了正负电极与电解液之间的进一步反应。因此，锂的安全性直接关系到阳极和阴极表面钝化膜的完整性和密度。
▲传热的角度来看:锂离子电池的不安全行为(包括充电和放电,快速充电和放电,短路,机械滥用条件和高温热冲击,等等)很容易引发危险的副反应电池内部产生热量,直接破坏钝化膜表面的正面和负面的电极。
当电池温度升高到130℃时，负极表面的SEI膜发生分解，导致高活性的锂碳负极暴露于电解液中产生强烈的氧化还原反应。产生的热量使电池进入高危状态。
当电池内部局部温度升高到200℃以上时，正极表面的钝化膜将正极分解产生氧气，并继续与电解液剧烈反应，产生大量热量，形成较高的内部压力。当电池温度达到240℃以上时，锂碳正极与粘结剂之间存在强烈的放热反应。
可见，负极表面SEI膜的损伤导致了高活性嵌锂负极与电解液之间强烈的放热反应，是导致电池温升和电池热失控的直接原因。然而，阴极材料的分解和放热只是热失控反应的一部分，甚至不是主要因素。磷酸铁锂(LFP)具有非常稳定的结构，通常不进行热分解，但是LFP电池中仍然存在其他危险的副作用，所以LFP电池的“安全性”只是相对的。
▲电极材料可燃性:锂电池使用的有机溶剂易燃，闪点过低。不安全行为引起的热失控容易点燃燃点低的可燃液体成分，导致电池燃烧。锂正极碳材料、隔膜和正极导电碳也是可燃材料。
锂电池更容易燃烧而不是爆炸。此外,当电池破裂和外部环境中的空气湿度高,水和空气中的氧气很容易有暴力与碳负极嵌入锂的化学反应释放大量的热量,导致电池燃烧。电极材料的可燃性是锂离子电池与水二次电池的主要区别。
