在當(dāng)今的電子信息時代，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于我們生活的各個方面。鋰離子電池可以在手機、平板電腦和筆記本電腦等電子設(shè)備中找到，也可以在新能源汽車、光伏系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心等大型電力設(shè)備和系統(tǒng)中找到。因此，鋰離子電池的安全是我們所有人都關(guān)心的問題。本文將回答這個問題，并為您提供鋰離子電池安全提示。我們將首先介紹鋰離子電池安全性評估的一些方面以及相應(yīng)的測試。然后我們將描述鋰離子電池安全事故的原因。然后我們將詳細(xì)分析導(dǎo)致鋰離子電池安全問題的內(nèi)部和外部因素。看完這篇文章后，如果不知道如何正確使用鋰離子電池，你會對鋰離子電池的安全性感到恐慌。讓我們開始吧。（如果您想了解鋰離子電池的安全保護(hù)措施，請點擊此處閱讀我們網(wǎng)站上的另一篇文章）

 

 

鋰離子電池安全性能和測試

我們通常從以下四個方面評估和測試鋰離子電池的安全性：安全性、穩(wěn)定性、電化學(xué)性能和可靠性。

 

 

安全性：主要取決于鋰離子電池在短路、過充電和熱沖擊情況下的性能。

穩(wěn)定性：主要取決于鋰離子電池能否滿足循環(huán)和儲存的要求，例如2000次循環(huán)的測試。

電化學(xué)性能：測試電池在不同電流率或高低溫下的放電性能。

可靠性：測試電池在振動、沖擊、跌落和擠壓下是否會導(dǎo)致事故。

 

鋰離子電池安全事故的原因

由于其高能量密度，鋰發(fā)生事故的可能性更高。在使用鋰電池的過程中，除了電池本身安全可靠的要求外，電池成品還需要電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)來實現(xiàn)鋰離子電池的安全。對于鋰離子電池，故障反應(yīng)的原因不超過三個：內(nèi)部短路、高溫、過電壓。這三個因素導(dǎo)致溫度達(dá)到一定水平，引發(fā)一系列內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步加熱，產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸。最終，這一切都取決于溫度，因此電池的失效反應(yīng)被稱為“熱失控”。

 

溫度? ? ? ? ? ? ? 反應(yīng)

60℃? ? ? 六氟磷酸鋰開始分解并產(chǎn)生熱量

70℃? ? ? 陽極SEI膜開始分解并產(chǎn)生熱量和氣體

100-120℃? ? ? ?鋰嵌入陽極與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生熱量和氣體

125℃? ? ? ?是PE隔板的熔點溫度，也是一個較大的收縮溫度，容易因內(nèi)部短路而破裂/變形

155℃? ? ? ?PP分離器軟化溫度

165℃? ? ? ?PP分離器熔點

175℃? ? ? ?PVDF正極粘合劑熔點

270℃? ? ? ?三元材料的一般分解溫度（含析氧）

750℃? ? ? ?磷酸鐵鋰分解溫度（無析氧）

 

可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下，120℃及以下的溫度是安全溫度（無火災(zāi)或爆炸），60-120℃是鋰離子電池降解的安全溫度。火災(zāi)和爆炸的原因是120℃或以上的溫度，這是事故的原因。

1） 內(nèi)部短路。它是指內(nèi)部異物刺穿隔板（只有10微米厚），導(dǎo)致內(nèi)部陰極和陽極直接接觸，瞬間產(chǎn)生大量熱量，這也是電池自燃的根本原因；

2） 過充電（過電壓）。當(dāng)三元正極材料過度充電至5.0-5.2V時，它具有很強的氧化性，這會氧化電解液/隔板，并立即產(chǎn)生大量熱量。

 

 

3） 高溫。在極端條件下，電池組從外部加熱到120℃以上，或電池外殼的部分瞬間接收大量熱量（如通過外殼的外部電路短路）。

除上述三點外，其他因素不會導(dǎo)致鋰離子電池安全問題，如火災(zāi)和爆炸；也可以說，其他濫用因素是三者的變形，下面將逐一解釋。

 

影響鋰離子電池安全的內(nèi)部因素

（1） 材料：陰極材料（例如LiCoO2的熱穩(wěn)定性及其與電解質(zhì)的反應(yīng)性）、陽極材料的穩(wěn)定性和比例、電解質(zhì)的組成、隔板的選擇。材料系統(tǒng)影響整個電池的過充電和熱穩(wěn)定性。

 

 

（2） 電池結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性

（3） 電池制造過程控制：極片毛刺、極粉脫落、繞組反位置。以及不良電池的篩選。

（4） 短路

微短路：主要由陰極和陽極片的微粉或凸點刺穿隔板，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。輕微的會導(dǎo)致高的自放電率，影響鋰離子電池的安全，嚴(yán)重的會導(dǎo)致電池爆炸。

粉末內(nèi)部短路：內(nèi)部條狀粉刺磨損隔離物，導(dǎo)致電池凸起。

 

 

鐵芯內(nèi)部短路：主要是由于鐵芯極耳過長，以及極片或與外殼接觸造成短路?；驑O耳壓縮線圈鐵芯，導(dǎo)致陰極和陽極短路，造成鐵芯發(fā)熱，嚴(yán)重時會導(dǎo)致爆炸。

 

影響鋰離子電池安全的外部因素

外部短路。

當(dāng)發(fā)生故障或使用不當(dāng)時，電池保護(hù)電路板會短路，使電池釋放出大電流，溫度升高，造成內(nèi)部短路。這有時會引起爆炸事故。

過度充電、過度放電：

電池的正極材料或電解質(zhì)在過度充電或過度放電時會分解，釋放熱量和氣體，增加內(nèi)部壓力，并產(chǎn)生煙霧。在嚴(yán)重情況下，會發(fā)生爆炸和火災(zāi)。

 

 

外部溫度高。

電池的陰極材料或電解質(zhì)的分解也可能由過高的外部溫度引起。同時，過高的外部溫度會損壞電池的內(nèi)部隔板和外部金屬外殼，導(dǎo)致變形、熔化，并可能導(dǎo)致短路。

 

提高鋰離子電池安全性的措施和方法

所以在閱讀了文章的上述部分后，你可能想問，如何防止鋰離子電池安全問題？

（1） 鋰離子電池內(nèi)部短路主要從以下幾個方面解決：

-優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)設(shè)計。

-在關(guān)鍵過程中使用自動化設(shè)備和改進(jìn)工具。

-通過嚴(yán)格的存儲條件去除微短路和內(nèi)部短路電池。嚴(yán)重的自放電電池具有安全風(fēng)險。在正常情況下，半充電電池的開路電壓降約為1個月15-20mV，2個月25-35mV，半年50-60mV。通過嚴(yán)格的存儲條件，我們可以篩選出微短路和內(nèi)部短路的電池。

-材料系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有助于提高安全性。

 

 

（2） 對于外部短路、過充電和熱穩(wěn)定性，主要從電池材料系統(tǒng)中解決。

陽極和陰極材料的選擇和處理：例如，LiCoO2不穩(wěn)定，當(dāng)>4.2V時會釋放氧氣。同時，電解質(zhì)在>4.2V下分解，并與LiCoO2反應(yīng)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力急劇增加并發(fā)生爆炸。因此，應(yīng)選擇具有良好安全性和穩(wěn)定性的陰極和陽極材料。為了降低陽極和陽極材料的反應(yīng)性，對具有較大表面的材料進(jìn)行二次處理。

電解液成分和添加劑提高了電池本身的穩(wěn)定性和安全性。具體來說，它們可以改善電池的循環(huán)和儲存，提高電池過充電的安全性，并改善電池的高低溫性能。

 

 

這就是鋰離子電池安全提示的全部內(nèi)容。現(xiàn)在我們看到，鋰離子電池的安全性取決于材料、設(shè)計和工藝控制。因此，鋰離子電池的安全性是一個綜合性問題，應(yīng)從電池材料體系、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝控制等方面加以解決。