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發(fā)布時間:2019-08-07 11:17:07編輯:來源:本站
隨著手機、數(shù)碼產(chǎn)品、電動汽車的普及,鋰離子電池在人們生活當(dāng)中扮演著越來越重要的角色。低能量密度、循環(huán)壽命有限等使用問題常常被人們詬病,但是與這些問題相比,電池安全問題卻是人們關(guān)注的焦點。近些年,由于電池安全問題引發(fā)的事故比比皆是,很多問題造成的后果觸目驚心,比如震驚業(yè)界的波音787“夢幻”客機鋰電池起火事件,以及SamsungGalaxy Note 7大范圍的電池起火爆炸事件,給鋰離子電池的安全性問題再次敲響了警鐘。
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(dǎo)致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發(fā)熱,如果產(chǎn)生的熱量超過了電池?zé)崃康暮纳⒛芰?,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)。
當(dāng)鋰離子電池使用不當(dāng)時,導(dǎo)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)能夠產(chǎn)生大量的熱,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。
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產(chǎn)生鋰枝晶,進而刺破隔膜,導(dǎo)致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產(chǎn)生,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。
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(xué)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。
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產(chǎn)生影響。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(dǎo)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。
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