豐谷｜ 鋰離子電池的安全性必須了解，測試和解決方案

　　隨著手機，數碼產品，電動汽車的普及，鋰離子電池在人們的生活中越來越重要的角色。低能量密度和循環有限，生活和其他人使用的問題常常被人詬病，但比起這些問題，電池的安全問題是人們關注的焦點。 　　近年來，由于造成到處事故電池的安全性問題，令人震驚的后果造成了很多的問題，比如波音787“夢想”飛機鋰電池起火事件震驚業界，以及電池起火爆炸SamsungGalaxy注意7大范圍，對鋰離子電池的安全性問題再次響起報警。 　　首先，將鋰離子電池的組成和工作 　　的鋰離子電池主要包油壓缸括正電極，負電極，電解質，隔板和外部連接，該包裝構件構成。其中，正極，包含活性物質的負極，導電劑，粘合劑等。，均勻地涂布在銅箔和鋁箔集電體的鋁。 　　 更高的鋰離子電池正極電位，通常鋰過渡金屬氧化物，或聚陰離子化合物，如鋰鈷氧化物，鋰錳氧化物，三元，磷酸鐵鋰等； 鋰離子電池負極材料的碳材料通常是，非石墨化碳例如石墨等； 鋰離子電池電解液主要是非水溶液，有機溶劑混合物，鋰鹽，其中所述溶劑是大多碳酸酯類有機溶劑，一價多個聚陰離子的鋰鹽的鋰鹽，如六氟磷酸鋰； 鋰離子電池的隔板大多是聚乙烯，聚丙烯微孔膜作隔離正極和負極材料，以防止由于電子的短路，同時允許的電解質效果離子。 　　 在充電期間，內部的電池，從在脫垂的形式正電極的鋰離子，通過膜的電解質轉運，嵌入在陽極； 電池的外部，電子從陽極遷移到外部電路。在放電過程中：從負極脫垂內部的鋰離子電池，通過該膜，嵌入在正極； 電池外部時，電子從正極遷移到外部電路。作為充電和放電時，遷移到“鋰離子”電池之間，而不是單一的物質“鋰”，電池被稱為“鋰離子電池”。 　　其次，鋰離子電池的安全危害 　　通常，鋰離子電池的安全性的問題表現為燃燒或爆炸，該問題的根源的電池熱失控內部發生，此外，一些外部因素，如過充電，火災，擠壓，刺穿，短路和其他問題也可能導致安全問題。鋰離子電池的充電和放電中，如果所產生的熱量超過電池的散熱能力時發熱，鋰離子電池會過熱，電池材料分解發生SEI膜時，電解液的分解，正極的分解，負電極和上與粘合劑的負反應破壞性的副反應和反應和電解溶液的等。 　　如圖1所示，安全的陰極材料的風險 　　當鋰離子電池不當時，導致在溫度以提高電池的內部，在活性物質的正電極材料和電解質的氧化分解發生。同時，這兩個反應可以產生大量的熱量，導致在電池溫度進一步上升。晶格的活性物質不同的脫鋰狀態轉變的熱穩定性，和電池的分解溫度變化很大影響。 　　2，負極材料的安全風險 　　早期使用的負極材料的是金屬鋰，組裝的電池易產生鋰枝晶反復充放電后，然后刺穿隔膜，導致電池短路，或者甚至爆炸泄漏。鋰化合物能有效地防止枝晶鋰的產生，大大提高了鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，在與電解液的第一狀態鋰放熱反應的負極碳。在相同的充放電條件，和熱釋放速率電解質鋰人造石墨比用鋰插入中間相碳微球，碳纖維，焦炭和其它反應熱釋放率的反應大得多。 　　3，隔板和電解液的安全危害 　　電解質鋰離子電池是鋰鹽的混合溶液和有機溶劑，其中，所述商業鋰鹽為六氟磷酸鋰，熱容易在高溫下分解的材料，和少量水和之間的熱化學反應有機溶劑，降低了電解質的熱穩定性。所述有機溶劑是具有沸點，閃點低，PF5容易在高溫下釋放與鋰鹽反應基于碳酸鹽的電解質溶液中，這樣的溶劑，容易氧化。 　　4，安全風險的制造過程 　　在制造過程中的鋰離子電池，制造電極，電池組件和其它過程會對電池的安全性產生影響。質量控制正和負電極混合，涂布，壓延，沖壓，或片，組裝，電解液填充的量，密封，和類似物入竹刀步驟，并且兩個影響電池的性能和安全性。淤漿的均勻性決定了活性物質的分布的均勻性的電極上，從而影響了電池的安全性。淤漿的細度太大，負極材料膨脹并且當所述電池的充放電，則可能發生鋰金屬析出的收縮發生比較大的變化； 淤漿的細度太小會導致過多的電池的內阻。施加的加熱溫度過低或干燥時間小于所述殘留溶劑意愿的，部分溶解的粘合劑，使所述活性物質的一部分被容易地剝離； 碳化溫度過高可能會導致粘合劑，活性物質脫落電池內部短路所造成的。 　　如圖5所示，在使用過程中電池的安全性的問題 　　在使用過程中的鋰離子電池應減少盡可能過充電或過放電，特別是對于高容量電池單體，由于熱干擾可能會引發一系列副反應放熱的，引起安全性問題。 　　第三，鋰離子電池的安全性檢測指標 　　所生產的鋰離子電池后，到達消費者手中，還需要進行一系列的測試，為了前盡量保證電池的安全性，減少安全隱患。 　　如圖1所示，擠壓試驗：將充滿電的電池被放置在平坦表面上，通過液壓缸13±1KN按壓力施用，直徑32毫米扁鋼桿擠出細胞，一旦達到擠壓力被停止擠壓，電池沒有最大起火，不爆炸即可。 　　2，沖擊試驗：將電池完全充電后，放置在一個平坦的表面，其直徑15.8mm鋼板列放置在電池的上下方向的中心，重9。鋼柱重量的1千克從610毫米的電池上方的高度自由下落。電池不起火，不爆炸會。 　　3。過充電試驗：將電池1C完全充電后，經受根據過充電試驗3C過充電10V，當電池被過充電電壓的上升時間來穩定到一定的電壓，靠近電池電壓迅速上升的一定時間后，當達到時一定限度，帽子決絕電池電壓下降到0V，電池沒有火災，爆炸會。 　　如圖4所示，短路試驗：全電池具有小于50mΩ的鉛蓄電池的正極和負極端子，測試電池的表面溫度，最大電池表面140度的溫度的電阻。] C，電池蓋打開，電池不起火，不爆炸。 　　5，針刺試驗：將充滿電的電池被放置在平坦表面上的3mm直徑的徑向針將刺破電池。測試電池不起火，不爆炸會。 　　6，溫度循環試驗：鋰離子電池的溫度循環試驗是用來模擬運輸或儲存過程中的鋰離子電池，反復暴露于高溫和低溫環境下，鋰離子電池的安全性，并迅速測試是利用極端溫度的變化作出。經過試驗樣品應不起火，不爆炸，不泄漏。 　　第四，鋰離子電池的安全性的解決方案 　　對于許多材料的鋰離子電池的安全性的問題，在制造和使用，以及如何改善在部分容易出現問題的安全，一個鋰離子電池制造商需要解決的問題。 　　1，提高電解液的安全性 　　高反應性是電解液與正電極和負電極之間，特別是在高溫下，為了提高電池的安全性，提高電解液的安全性的更有效的方法之一。通過添加功能性添加劑，使用鋰鹽和一種新型的使用新的安全問題的，可以有效地解決了電解液的溶劑。 　　取決于添加劑的功能，它可以分為以下幾類：安全添加劑，成膜添加劑，陰極保護添加劑，穩定添加劑，鋰鹽，鋰促進沉淀添加劑，防腐添加劑集電極，潤濕性增強添加劑。 　　為了改善商用鋰鹽的性能，研究人員原子被執行以獲得一個數字衍生物的方法，其中所述全氟烷基取代化合物得到具有高的閃點，約的導電性，耐水性和提高許多優點原子，是一個非常有前途的類該化合物的鋰鹽的。此外，硼原子為中心原子，和鋰鹽的氧陰離子得到具有高的熱穩定性螯合配體。 　　溶劑的方面中，許多研究人員已經提出了一系列新的有機溶劑，如羧酸酯，有機醚類有機溶劑中。此外，還存在一類離子液體電解質的安全的，但相對基于碳酸酯的電解質溶液通常用于，大小，導電性，離子的自擴散，從實用了大量的工作系數低的高粘度的離子液體的訂單去做。 　　2，以提高電極材料的安全 　　鋰鐵磷酸鹽以及三元復合材料被認為是成本低，“安全性優異”的正電極材料，有可能在電動汽車行業普遍應用。作為正極材料，其是提高了安全性涂層的常用方法被修改，例如表面涂覆金屬氧化物正極材料，可以防止陰極材料和電解質之間的直接接觸，正電極以抑制發生相變材料，提高了其結構的穩定性，降低的晶格無序陽離子，以便減少副反應產熱。 　　對于陽極材料時，由于鋰離子電池，該電池通常是最容易產生表面的發熱部的熱和化學分解，從而提高了SEI膜的熱穩定性是用于提高負極材料的安全性的密鑰的方法。由弱氧化，金屬和金屬氧化物，聚合物，或碳涂層的沉積，負電極材料可為改善的熱穩定性。 　　3，提高電池安全保護設計 　　除了提高電池的安全性的材料，多種安全措施，采用商品鋰離子電池，電池被提供作為一個安全閥，串聯連接具有正溫度系數的熱熔保險絲部件，使用熱密封隔膜，特別負載保護電路，專用電池管理系統，也意味著更高的安全性。