鋰離子電池安全問題真的解決不了嗎?

近年來，手機(jī)電池和筆記本電腦電池的燃燒和爆炸問題已經(jīng)不那么令人擔(dān)憂了。近日，三星GalaxyNote7發(fā)生電池起火爆炸，鋰離子電池的安全性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

除了外部因素應(yīng)用現(xiàn)狀而言,鋰離子電池的安全性重要取決于底層電化學(xué)系統(tǒng)和底層元素,如電極/細(xì)胞結(jié)構(gòu),規(guī)劃和生產(chǎn)過程以及選擇的電化學(xué)系統(tǒng)細(xì)胞是決定電池安全最基本的元素。作者將從幾個(gè)不同的角度來分析鋰離子電池的安全性。

熱力學(xué)的觀點(diǎn):研究表明,不僅在陰極,陽極材料的外觀還覆蓋一層很薄的鈍化膜,掩蓋在電極的鈍化膜功能方面的鋰離子電池將攻擊非常重要的影響力,和特殊的接口問題,只要在非水有機(jī)電解液體系不存在。這里我想強(qiáng)調(diào)的是，從費(fèi)米能級(jí)的角度來看，現(xiàn)有的鋰離子電池系統(tǒng)在熱力學(xué)上并不穩(wěn)定。其工作之所以能夠順利進(jìn)行，是因?yàn)檎龢O和負(fù)極表面的鈍化膜是與正極和負(fù)極以及電解液之間的進(jìn)一步反應(yīng)動(dòng)態(tài)隔離的。

因此，鋰離子電池的安全性直接關(guān)系到陽極和陰極表面鈍化膜的完整性和細(xì)度。

傳熱的角度來看:鋰離子電池的不安全行為(包括充電和放電,快速充電和放電,短路,機(jī)械濫用條件和高溫?zé)釠_擊,等等)很容易引發(fā)危險(xiǎn)的副反應(yīng)在電池和熱攻擊,直接破壞鈍化膜的外表面負(fù)極和正極。

電池溫度上升到130℃時(shí),負(fù)電極表面SEI膜差別,導(dǎo)致暴力復(fù)蘇氧化反應(yīng)的高度活躍鋰碳負(fù)極電解液接觸,和攻擊的熱量使電池進(jìn)入一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。當(dāng)電池內(nèi)部溫度上升到200℃以上時(shí)，陽極表面鈍化膜將陽極區(qū)分開出現(xiàn)氧氣，并繼續(xù)與電解液劇烈反應(yīng)出現(xiàn)大量熱量，形成較高的內(nèi)部壓力。當(dāng)電池溫度達(dá)到240℃以上時(shí)，鋰碳正極與粘結(jié)劑發(fā)生強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)。

可以看出，SEI膜對(duì)負(fù)極外觀的損傷導(dǎo)致了高活性嵌鋰負(fù)極與電解液之間強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，這是導(dǎo)致電池溫度升高和電池?zé)崾Э氐闹苯釉颉６龢O數(shù)據(jù)放熱的微分只是熱失控反應(yīng)的一部分，甚至不是最重要的因素。

磷酸鐵鋰(LFP)具有非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，通常不會(huì)發(fā)生熱分化，但LFP電池還存在其他危險(xiǎn)的副用途，因此LFP電池的安全性只是相對(duì)的。從以上分析可以看出，溫度控制對(duì)鋰離子電池安全具有重要意義。與小型3C電池相比，大功率電池由于電池結(jié)構(gòu)、工作方式、環(huán)境等因素，散熱更加困難。因此，大功率電池系統(tǒng)的熱管理規(guī)劃至關(guān)重要。

電極可燃性:鋰離子電池使用的有機(jī)溶劑易燃，閃點(diǎn)過低。不安全行為引起的熱失控容易點(diǎn)燃燃點(diǎn)低的可燃液體組分，導(dǎo)致電池焚燒。鋰正極碳數(shù)據(jù)，間隙和正極碳也有可燃性。

鋰燃燒的概率高于電池爆炸的概率，但電池爆炸必須伴有焚燒。另外，當(dāng)電池破裂，外部環(huán)境空氣濕度較高時(shí)，空氣中的水和氧很容易與嵌有鋰的碳負(fù)極發(fā)生劇烈反應(yīng)，釋放出大量熱量，導(dǎo)致電池焚燒。電極數(shù)據(jù)的可燃性是鋰離子電池與水二次電池的重要差別之一。