锂离子电池热稳定性与过充、高温及短路安全性分析-瑞达国际集团

　　锂离子电池热稳定性与过充、高温及短路安全性分析

　　近年来关于锂离子电池引发火灾甚至爆炸事故的报道屡见不鲜。

　　锂离子电池具有较强的危险性，特别是在滥用的情况下，安全问题更为突出。

　　一、锂离子电池材料的热稳定性分析

　　锂离子电池的火灾危险性主要由电池内部各部分发生化学反应产热量多少决定。锂离子电池的火灾危险性归根结底取决于电池材料的热稳定性，而电池材料的热稳定性又取决于其内部各部分之间发生的化学反应。

　　1 负极材料热稳定性的影响因素：

　　负极材料放热的起始温度随颗粒尺寸的增加而增加。

　　2 正极材料热稳定性的影响因素:

　　正极材料与电解液反应的起始温度随化学计量数的减小而升高。

　　正极材料中Ni的含量越高越不稳定，Mn的含量越高越稳定。

　　3 电解液热稳定性的影响因素：

　　有机溶剂DMC是造成电解液不稳定的重要因素，而且DMC含量越高，电解液越不稳定。

　　电解液可使正极在更低的温度下发生反应，而且电解液中不同的溶剂和锂盐适合不同的正极材料。

　　二、锂离子电池滥用的安全性分析

　　锂离子电池的安全性主要取决于电池材料的热稳定性，并且也与电池过充、针刺、挤压和高温等滥用条件密切相关。

　　1 过充安全性分析：

　　过充试验是模拟当充电器电压检测出现错误，充电器出现故障或用错充电器时电池可能出现的安全隐患。

　　由过充引起的热失控可能来自两个方面：一方面是电流产生的焦耳热，另一方面是正负极发生的副反应产生的反应热。电池过充时，负极电压逐渐升高，脱锂过程也越来越困难，这导致电池的内阻急剧增大，因此产生大量的焦耳热，这在大倍率充电时更为明显。过充状态的正极氧化剂放出大量的热，负极也会与电解液发生放热反应。当放热速率大于电池的散热速率，温度上升到一定程度时，便会发生热失控。

　　2 高温安全性分析：

　　模拟环境高温试验可以采用热箱试验进行。热箱试验是模拟电池使用不当处于高温下的情况，比如将手机放置在暴晒的汽车里，或者将手机或电子产品放入微波炉里，温度可达130℃甚至到150℃。处于热滥用时，热源除了来源于电池内部正负极材料及其与电解液的反应以外，隔离膜在高温下熔化收缩导致正负极短路，短路产生的焦耳热也是热箱试验时的重要热源。

　　3 短路安全性分析：

　　电池的短路分为外部短路和内部短路。

　　外部短路一般指的是正负极直接接触造成的短路;内部短路指的是当电池受到尖锐物体穿刺或者受到碰撞、挤压时，造成电池内部受到外物作用区域的短路。

　　内部短路的安全性研究一般采用针刺、挤压等方法来测试，目的是模拟电池被外物穿刺、碰撞、挤压等情况。针刺造成电池在针刺点短路，短路区由于大量的焦耳热而形成局部热区，当热区温度超过临界点时将引发热失控，发生冒烟、起火甚至爆炸的危险。挤压与针刺类似，都是造成局部内短路而可能引起热失控。不同的是，挤压不一定会造成电池壳体的破坏，壳体没有破坏就意味着易燃的电解液不会从热区处泄漏，热区处向外散热效果较差一些。

　　通过挤压与针刺等引起电池局部内短路的测试往往比通过电池外短路测试要难得多，这是因为电池外部短路时电池内部往往是均匀放热，外部短路电池所产生的焦耳热不会直接触发电池的热失控反应。

　　锂离子电池(LIB)已成为现代社会生活中主要的能量存储解决方案。其中磷酸铁锂电池完美替代铅酸电池，更加是并网调峰、离网储能、光伏储能、UPS、数据中心等行业的首选。