丰谷｜ 锂离子電(diàn)池的安全性必须了解，测试和解决方案

　　随着手机，数码产品，電(diàn)动汽車(chē)的普及，锂离子電(diàn)池在人们的生活中越来越重要的角色。低能(néng)量密度和循环有(yǒu)限，生活和其他(tā)人使用(yòng)的问题常常被人诟病，但比起这些问题，電(diàn)池的安全问题是人们关注的焦点。 　　近年来，由于造成到处事故電(diàn)池的安全性问题，令人震惊的后果造成了很(hěn)多(duō)的问题，比如波音787“梦想”飞机锂電(diàn)池起火事件震惊业界，以及電(diàn)池起火爆炸SamsungGalaxy注意7大范围，对锂离子電(diàn)池的安全性问题再次响起报警。 　　首先，将锂离子電(diàn)池的组成和工作 　　的锂离子電(diàn)池主要包油压缸括正電(diàn)极，负電(diàn)极，電(diàn)解质，隔板和外部连接，该包装构件构成。其中，正极，包含活性物(wù)质的负极，导電(diàn)剂，粘合剂等。，均匀地涂布在铜箔和铝箔集電(diàn)體(tǐ)的铝。 　　 更高的锂离子電(diàn)池正极電(diàn)位，通常锂过渡金属氧化物(wù)，或聚阴离子化合物(wù)，如锂钴氧化物(wù)，锂锰氧化物(wù)，三元，磷酸铁锂等； 锂离子電(diàn)池负极材料的碳材料通常是，非石墨化碳例如石墨等； 锂离子電(diàn)池電(diàn)解液主要是非水溶液，有(yǒu)机溶剂混合物(wù)，锂盐，其中所述溶剂是大多(duō)碳酸酯类有(yǒu)机溶剂，一价多(duō)个聚阴离子的锂盐的锂盐，如六氟磷酸锂； 锂离子電(diàn)池的隔板大多(duō)是聚乙烯，聚丙烯微孔膜作隔离正极和负极材料，以防止由于電(diàn)子的短路，同时允许的電(diàn)解质效果离子。 　　 在充電(diàn)期间，内部的電(diàn)池，从在脱垂的形式正電(diàn)极的锂离子，通过膜的電(diàn)解质转运，嵌入在阳极； 電(diàn)池的外部，電(diàn)子从阳极迁移到外部電(diàn)路。在放電(diàn)过程中：从负极脱垂内部的锂离子電(diàn)池，通过该膜，嵌入在正极； 電(diàn)池外部时，電(diàn)子从正极迁移到外部電(diàn)路。作為(wèi)充電(diàn)和放電(diàn)时，迁移到“锂离子”電(diàn)池之间，而不是单一的物(wù)质“锂”，電(diàn)池被称為(wèi)“锂离子電(diàn)池”。 　　其次，锂离子電(diàn)池的安全危害 　　通常，锂离子電(diàn)池的安全性的问题表现為(wèi)燃烧或爆炸，该问题的根源的電(diàn)池热失控内部发生，此外，一些外部因素，如过充電(diàn)，火灾，挤压，刺穿，短路和其他(tā)问题也可(kě)能(néng)导致安全问题。锂离子電(diàn)池的充電(diàn)和放電(diàn)中，如果所产生的热量超过電(diàn)池的散热能(néng)力时发热，锂离子電(diàn)池会过热，電(diàn)池材料分(fēn)解发生SEI膜时，電(diàn)解液的分(fēn)解，正极的分(fēn)解，负電(diàn)极和上与粘合剂的负反应破坏性的副反应和反应和電(diàn)解溶液的等。 　　如图1所示，安全的阴极材料的风险 　　当锂离子電(diàn)池不当时，导致在温度以提高電(diàn)池的内部，在活性物(wù)质的正電(diàn)极材料和電(diàn)解质的氧化分(fēn)解发生。同时，这两个反应可(kě)以产生大量的热量，导致在電(diàn)池温度进一步上升。晶格的活性物(wù)质不同的脱锂状态转变的热稳定性，和電(diàn)池的分(fēn)解温度变化很(hěn)大影响。 　　2，负极材料的安全风险 　　早期使用(yòng)的负极材料的是金属锂，组装的電(diàn)池易产生锂枝晶反复充放電(diàn)后，然后刺穿隔膜，导致電(diàn)池短路，或者甚至爆炸泄漏。锂化合物(wù)能(néng)有(yǒu)效地防止枝晶锂的产生，大大提高了锂离子電(diàn)池的安全性。随着温度的升高，在与電(diàn)解液的第一状态锂放热反应的负极碳。在相同的充放電(diàn)条件，和热释放速率電(diàn)解质锂人造石墨比用(yòng)锂插入中间相碳微球，碳纤维，焦炭和其它反应热释放率的反应大得多(duō)。 　　3，隔板和電(diàn)解液的安全危害 　　電(diàn)解质锂离子電(diàn)池是锂盐的混合溶液和有(yǒu)机溶剂，其中，所述商(shāng)业锂盐為(wèi)六氟磷酸锂，热容易在高温下分(fēn)解的材料，和少量水和之间的热化學(xué)反应有(yǒu)机溶剂，降低了電(diàn)解质的热稳定性。所述有(yǒu)机溶剂是具有(yǒu)沸点，闪点低，PF5容易在高温下释放与锂盐反应基于碳酸盐的電(diàn)解质溶液中，这样的溶剂，容易氧化。 　　4，安全风险的制造过程 　　在制造过程中的锂离子電(diàn)池，制造電(diàn)极，電(diàn)池组件和其它过程会对電(diàn)池的安全性产生影响。质量控制正和负電(diàn)极混合，涂布，压延，冲压，或片，组装，電(diàn)解液填充的量，密封，和类似物(wù)入竹刀(dāo)步骤，并且两个影响電(diàn)池的性能(néng)和安全性。淤浆的均匀性决定了活性物(wù)质的分(fēn)布的均匀性的電(diàn)极上，从而影响了電(diàn)池的安全性。淤浆的细度太大，负极材料膨胀并且当所述電(diàn)池的充放電(diàn)，则可(kě)能(néng)发生锂金属析出的收缩发生比较大的变化； 淤浆的细度太小(xiǎo)会导致过多(duō)的電(diàn)池的内阻。施加的加热温度过低或干燥时间小(xiǎo)于所述残留溶剂意愿的，部分(fēn)溶解的粘合剂，使所述活性物(wù)质的一部分(fēn)被容易地剥离； 碳化温度过高可(kě)能(néng)会导致粘合剂，活性物(wù)质脱落電(diàn)池内部短路所造成的。 　　如图5所示，在使用(yòng)过程中電(diàn)池的安全性的问题 　　在使用(yòng)过程中的锂离子電(diàn)池应减少尽可(kě)能(néng)过充電(diàn)或过放電(diàn)，特别是对于高容量電(diàn)池单體(tǐ)，由于热干扰可(kě)能(néng)会引发一系列副反应放热的，引起安全性问题。 　　第三，锂离子電(diàn)池的安全性检测指标 　　所生产的锂离子電(diàn)池后，到达消费者手中，还需要进行一系列的测试，為(wèi)了前尽量保证電(diàn)池的安全性，减少安全隐患。 　　如图1所示，挤压试验：将充满電(diàn)的電(diàn)池被放置在平坦表面上，通过液压缸13±1KN按压力施用(yòng)，直径32毫米扁钢杆挤出细胞，一旦达到挤压力被停止挤压，電(diàn)池没有(yǒu)最大起火，不爆炸即可(kě)。 　　2，冲击试验：将電(diàn)池完全充電(diàn)后，放置在一个平坦的表面，其直径15.8mm钢板列放置在電(diàn)池的上下方向的中心，重9。钢柱重量的1千克从610毫米的電(diàn)池上方的高度自由下落。電(diàn)池不起火，不爆炸会。 　　3。过充電(diàn)试验：将電(diàn)池1C完全充電(diàn)后，经受根据过充電(diàn)试验3C过充電(diàn)10V，当電(diàn)池被过充電(diàn)電(diàn)压的上升时间来稳定到一定的電(diàn)压，靠近電(diàn)池電(diàn)压迅速上升的一定时间后，当达到时一定限度，帽子决绝電(diàn)池電(diàn)压下降到0V，電(diàn)池没有(yǒu)火灾，爆炸会。 　　如图4所示，短路试验：全電(diàn)池具有(yǒu)小(xiǎo)于50mΩ的铅蓄電(diàn)池的正极和负极端子，测试電(diàn)池的表面温度，最大電(diàn)池表面140度的温度的電(diàn)阻。] C，電(diàn)池盖打开，電(diàn)池不起火，不爆炸。 　　5，针刺试验：将充满電(diàn)的電(diàn)池被放置在平坦表面上的3mm直径的径向针将刺破電(diàn)池。测试電(diàn)池不起火，不爆炸会。 　　6，温度循环试验：锂离子電(diàn)池的温度循环试验是用(yòng)来模拟运输或储存过程中的锂离子電(diàn)池，反复暴露于高温和低温环境下，锂离子電(diàn)池的安全性，并迅速测试是利用(yòng)极端温度的变化作出。经过试验样品应不起火，不爆炸，不泄漏。 　　第四，锂离子電(diàn)池的安全性的解决方案 　　对于许多(duō)材料的锂离子電(diàn)池的安全性的问题，在制造和使用(yòng)，以及如何改善在部分(fēn)容易出现问题的安全，一个锂离子電(diàn)池制造商(shāng)需要解决的问题。 　　1，提高電(diàn)解液的安全性 　　高反应性是電(diàn)解液与正電(diàn)极和负電(diàn)极之间，特别是在高温下，為(wèi)了提高電(diàn)池的安全性，提高電(diàn)解液的安全性的更有(yǒu)效的方法之一。通过添加功能(néng)性添加剂，使用(yòng)锂盐和一种新(xīn)型的使用(yòng)新(xīn)的安全问题的，可(kě)以有(yǒu)效地解决了電(diàn)解液的溶剂。 　　取决于添加剂的功能(néng)，它可(kě)以分(fēn)為(wèi)以下几类：安全添加剂，成膜添加剂，阴极保护添加剂，稳定添加剂，锂盐，锂促进沉淀添加剂，防腐添加剂集電(diàn)极，润湿性增强添加剂。 　　為(wèi)了改善商(shāng)用(yòng)锂盐的性能(néng)，研究人员原子被执行以获得一个数字衍生物(wù)的方法，其中所述全氟烷基取代化合物(wù)得到具有(yǒu)高的闪点，约的导電(diàn)性，耐水性和提高许多(duō)优点原子，是一个非常有(yǒu)前途的类该化合物(wù)的锂盐的。此外，硼原子為(wèi)中心原子，和锂盐的氧阴离子得到具有(yǒu)高的热稳定性螯合配體(tǐ)。 　　溶剂的方面中，许多(duō)研究人员已经提出了一系列新(xīn)的有(yǒu)机溶剂，如羧酸酯，有(yǒu)机醚类有(yǒu)机溶剂中。此外，还存在一类离子液體(tǐ)電(diàn)解质的安全的，但相对基于碳酸酯的電(diàn)解质溶液通常用(yòng)于，大小(xiǎo)，导電(diàn)性，离子的自扩散，从实用(yòng)了大量的工作系数低的高粘度的离子液體(tǐ)的订单去做。 　　2，以提高電(diàn)极材料的安全 　　锂铁磷酸盐以及三元复合材料被认為(wèi)是成本低，“安全性优异”的正電(diàn)极材料，有(yǒu)可(kě)能(néng)在電(diàn)动汽車(chē)行业普遍应用(yòng)。作為(wèi)正极材料，其是提高了安全性涂层的常用(yòng)方法被修改，例如表面涂覆金属氧化物(wù)正极材料，可(kě)以防止阴极材料和電(diàn)解质之间的直接接触，正電(diàn)极以抑制发生相变材料，提高了其结构的稳定性，降低的晶格无序阳离子，以便减少副反应产热。 　　对于阳极材料时，由于锂离子電(diàn)池，该電(diàn)池通常是最容易产生表面的发热部的热和化學(xué)分(fēn)解，从而提高了SEI膜的热稳定性是用(yòng)于提高负极材料的安全性的密钥的方法。由弱氧化，金属和金属氧化物(wù)，聚合物(wù)，或碳涂层的沉积，负電(diàn)极材料可(kě)為(wèi)改善的热稳定性。 　　3，提高電(diàn)池安全保护设计 　　除了提高電(diàn)池的安全性的材料，多(duō)种安全措施，采用(yòng)商(shāng)品锂离子電(diàn)池，電(diàn)池被提供作為(wèi)一个安全阀，串联连接具有(yǒu)正温度系数的热熔保险丝部件，使用(yòng)热密封隔膜，特别负载保护電(diàn)路，专用(yòng)電(diàn)池管理(lǐ)系统，也意味着更高的安全性。