定制热线: 400-678-3556

电池知识

真的没有办法解决锂电池的安全问题吗?

来源:宝鄂实业    2019-11-10 22:32    点击量:
真的没有办法解决锂电池的安全问题吗?
近年来,燃烧和爆炸的手机和笔记本电脑电池已经失去了吸引力。最近三星Galaxy Note 7的大容量电池着火爆炸,再次将锂离子电池的安全问题推到了风口浪尖。
 
锂离子动力电池的安全性除了使用中的外部因素外,主要取决于基本的电化学系统和内部因素,如电极/电池结构、设计和生产工艺等。电池采用的电化学系统是决定电池安全性的最基本因素。作者将从几个不同的角度来分析锂离子电池的安全性。
 
热力学的观点:研究证实,不仅仅是在阳极,阳极材料的表面还覆盖一层薄,钝化膜覆盖的阳极钝化膜表面的锂离子电池的性能将是一个非常重要的影响,和特殊的接口问题只存在于非水有机电解液系统。这里我想强调的是,从费米能级的角度来看,现有的锂离子电池系统是热力学不稳定的。其工作稳定的原因是正极和负极表面的钝化膜将正极和负极与电解液的进一步反应分离。
 
因此,锂电池的安全性直接关系到正极和负极表面钝化膜的完整性和致密性。
 
传热角度: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,机械虐待和高温热冲击,等等)是可能引发危险的副反应在电池和产生热量,直接破坏了正面和负面的电极表面的钝化膜。
 
当堆芯温度升高到130℃时,正极表面的SEI膜发生分解,高活性的锂碳负极暴露在电解液中,产生的热量使电池进入高危状态,导致氧化还原反应剧烈。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析氧,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,正极锂与粘结剂之间也会发生剧烈的放热反应。
 
可以看出,由于SEI膜在负极表面的损伤,导致高活性嵌锂负极与电解液发生剧烈的放热反应,这是导致电池温度升高进而导致电池热控制的直接原因。然而,正电极材料的分解放热释放只是热失控反应的一部分,甚至不是最重要的因素。
 
磷酸铁锂(LFP)的结构非常稳定,通常不会发生热分解,但LFP细胞中仍然存在其他危险的副反应,所以LFP细胞的“安全性”只是相对而言的。从以上分析可以看出,温度控制对锂电池的安全具有重要意义。与3C小电池相比,大功率电池由于电池结构、工作方式、环境等多种因素,散热更加困难,因此大功率电池系统的热管理设计非常重要。
 
电极材料可燃性:锂电池使用的有机溶剂是易燃的,闪点低。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、膜和正极导电碳也是可燃的。
 
锂电池的燃烧速率高于电池爆炸的燃烧速率,但电池爆炸必须伴随燃烧。此外,当电池出现裂纹,外部环境空气湿度较高时,空气中的水和氧很容易与嵌锂碳阳极发生剧烈反应,释放大量热量,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之一。
 
与过充和金属锂有关的问题:对于任何商用二次电池,都需要采取有效的过充预防措施,以确保电池达到充分充电状态,避免安全隐患

产品相关推荐