隨著科技不斷地發(fā)展,鋰電池技術逐漸成熟,質量安全有保障,從而推動了鋰電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。為了人們可以安全地使用和處理鋰電池, 國家標準民用鋰電池安全通用要求對鋰電池進行測試,確保安全使用。
鋰電池作為新能源汽車儲能環(huán)節(jié),其性能與充放電性能直接決定新能源汽車的續(xù)航里程和動力性。除了應用在新能源汽車領域,還被廣泛應用在其他領域。鋰電池屬于化學儲能,在安全性、電池壽命、充電技術有明顯的優(yōu)勢。
一般來說,鋰離子電池組的安全問題通常表現(xiàn)為燃燒甚至是爆炸。這些問題的根源在于電池內部的熱失控。此外,一些外部因素,如過渡充電、擠壓、短路等也會導致安全問題。
【 負極、正極和電解液的安全風險隱患】
鋰電池的安全事故,無論是電芯老化或者自身質量問題帶來的自內而外的過熱,進而導致熱失控,還是由于交通事故或者其他類型的濫用造成的熱失控,事故發(fā)生總要經(jīng)歷電芯材料劇烈反應的過程,如果能夠阻斷這個點,則電池可以失效,但永遠不會燃爆。
1、負極材料
負極材料的安全性,主要圍繞其熱穩(wěn)定性進行觀察,其穩(wěn)定程度與下面三個因素有關:電解液中電解質的類型,石墨負極中嵌鋰碳含量的多少以及石墨負極使用的粘結劑的種類。
早期使用負極材料為鋰金屬,電池組經(jīng)反復充放電容易出現(xiàn)鋰枝晶,并刺穿隔膜,導致電池短路、液體泄露甚至爆炸。鋰插層化合物能有效防止鋰枝晶的發(fā)生,大大提高鋰離子電池的安全性。
2、正極材料
正極材料的安全性問題主要是兩個方面,一個是充電狀態(tài)下,材料結構的穩(wěn)定性,另一個是電池高溫下,正極材料與電解液的反應腐蝕問題。
正極材料的穩(wěn)定性問題,主要是過渡充電,與材料不匹配的鋰離子脫出速率會沖垮材料晶格結構,毀壞的部分材料反過來堵住離子通路,增加了離子嵌入難度。這個過程中會有熱量積累,從而造成電池工作溫度的進一步上升,造成鋰電池安全事故的一種原因。
正極被電解液腐蝕,放出少量氣體和熱量,這是電池使用過程中老化的一個重要原因。但正極與電解液的劇烈反應,一般出現(xiàn)在電池溫度已高的階段,一般超過200℃,是熱量爆發(fā)式生成的重要力量。當鋰離子電池包使用不當時,就會導致電池企業(yè)內部溫度升高,正極材料會發(fā)生活性研究物質的分解和電解液的氧化。這兩種反應能夠不斷產(chǎn)生大量的熱,使得事故的危害升級。
3、電解質的潛在安全隱患
電解液存在兩個方面的問題,首先是自身容易燃燒,其次具有與正負極材料發(fā)生反應的傾向。
鋰離子電池電解質是鋰鹽和有機溶劑的混合物,商用鋰鹽是鋰鹽的六氟化鋰鉀,容易在高溫下發(fā)生熱分解,而在熱化學反應之間加入微量水和有機溶劑,會降低電解質的熱穩(wěn)定性。