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簡(jiǎn)述鋰離子電池安全性的問題

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:816次  |  2021年02月19日  

熱力學(xué)的視點(diǎn):研討已經(jīng)證明,不只僅是在負(fù)極,正極資料的外表也掩蓋一層很薄鈍化膜,掩蓋在正負(fù)極外表的鈍化膜對(duì)鋰離子電池各方面功能均會(huì)發(fā)作十分重要的影響,并且這個(gè)特別的界面問題只要在非水有機(jī)電解液體系才存在。筆者這兒要著重的是,從費(fèi)米能級(jí)的視點(diǎn)而言,現(xiàn)有的鋰離子電池體系在熱力學(xué)上是不安穩(wěn)的,它之所以能夠安穩(wěn)工作是由于正極和負(fù)極外表的鈍化膜在動(dòng)力學(xué)上隔絕了正負(fù)極與電解液的進(jìn)一步反響。


因此,鋰電的安全性與正負(fù)極外表的鈍化膜的完整和細(xì)密程度直接相關(guān),認(rèn)識(shí)這個(gè)問題對(duì)了解鋰電的安全性問題將是至關(guān)重要的。


熱傳遞視點(diǎn):鋰離子電池的不安全行為(包含電池在過充過放、快速充放電、短路、機(jī)械濫用條件和高溫?zé)釠_擊等狀況)容易觸發(fā)電池內(nèi)部的危險(xiǎn)性副反響而發(fā)作熱量,直接破壞負(fù)極和正極外表的鈍化膜。


當(dāng)電芯溫度上升到130℃以后,負(fù)極外表的SEI膜分化,導(dǎo)致高活性鋰碳負(fù)極露出于電解液中發(fā)作劇烈的氧化恢復(fù)反響,發(fā)作的熱量使電池進(jìn)入高危狀態(tài)。當(dāng)電池內(nèi)部部分溫度升高到200℃以上時(shí),正極外表鈍化膜分化正極發(fā)作析氧,并繼續(xù)同電解液發(fā)作劇烈反響發(fā)作大量的熱量并構(gòu)成高內(nèi)壓。當(dāng)電池溫度到達(dá)240℃以上時(shí),還伴隨鋰炭負(fù)極同粘結(jié)劑的劇烈放熱反響。


可見,負(fù)極外表SEI膜的破損然后導(dǎo)致高活性嵌鋰負(fù)極與電解液的劇烈放熱反響,是導(dǎo)致電池溫度升高從而引發(fā)電池?zé)崾Э氐闹苯釉?。而正極資料的分化放熱僅僅熱失控反響其中的一個(gè)環(huán)節(jié),乃至都不是最首要的要素。


磷酸鐵鋰(LFP)結(jié)構(gòu)十分安穩(wěn)通常狀態(tài)下不發(fā)作熱分化,可是其它危險(xiǎn)性副反響在LFP電池中仍然存在,因此LFP電池的安全性僅僅相對(duì)意義上的。從以上剖析咱們能夠看到,溫度控制對(duì)鋰電安全性的重要意義。相關(guān)于3C小電池而言,大型動(dòng)力鋰電池由于電芯結(jié)構(gòu)、工作方式和環(huán)境等多方面的要素導(dǎo)致散熱愈加困難,因此大型動(dòng)力鋰電池體系的熱管理規(guī)劃至關(guān)重要。


電極資料的可燃性:鋰電選用的有機(jī)溶劑都具有易燃性并且閃點(diǎn)過低,不安全行為導(dǎo)致的熱失控很容易點(diǎn)燃低閃點(diǎn)的可燃性液體組分而導(dǎo)致電池焚燒。鋰電負(fù)極碳資料、隔閡和正極導(dǎo)電碳也具有可燃性。


鋰電發(fā)作焚燒的幾率高于電池爆破的幾率,但電池爆破必定伴隨著焚燒。此外,當(dāng)電池開裂并且外界環(huán)境的空氣濕度較高時(shí),空氣中的水分和氧氣極易與嵌鋰的碳負(fù)極發(fā)作劇烈的化學(xué)反響放出大量的熱從而引起電池的焚燒。電極資料的易燃性是鋰離子電池相關(guān)于水系二次電池的一大不同之處。


過充與金屬鋰的相關(guān)問題:任何一種商品化的二次電池,都需求有用的防過充辦法來保證電池到達(dá)徹底充電態(tài),并且防止不適當(dāng)?shù)倪^充帶來的安全性問題。鋰電過充將會(huì)導(dǎo)致多方面的嚴(yán)重后果,比方正極資料的晶體結(jié)構(gòu)受到破壞而惡化循環(huán)壽數(shù)、加劇電解液在正極外表的氧化而引發(fā)熱失控、以及負(fù)極析鋰而引發(fā)短路/熱失控等安全性問題。


所以,防止過充對(duì)鋰電的安全運(yùn)用極其重要。跟水系二次電池不同的是,控制充電電壓是鋰離子電池唯一的防過充維護(hù)辦法。鋰電充電電壓變化首要來自正極資料在挨近徹底脫鋰態(tài)時(shí)引起,而很難檢測(cè)石墨負(fù)極充電過程的完結(jié)程度(由于其嵌鋰電位十分挨近金屬鋰),為了繞開負(fù)極電壓監(jiān)測(cè)的困難,鋰離子電池一般選用正極限容的規(guī)劃。


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