丰谷｜ 锂离子电池的安全性必须了解，测试和解决方案

　　随着手机，数码产品，电动汽车的普及，锂离子电池在人们的生活中越来越重要的角色。低能量密度和循环有限，生活和其他人使用的问题常常被人诟病，但比起这些问题，电池的安全问题是人们关注的焦点。 　　近年来，由于造成到处事故电池的安全性问题，令人震惊的后果造成了很多的问题，比如波音787“梦想”飞机锂电池起火事件震惊业界，以及电池起火爆炸SamsungGalaxy注意7大范围，对锂离子电池的安全性问题再次响起报警。 　　首先，将锂离子电池的组成和工作 　　的锂离子电池主要包油压缸括正电极，负电极，电解质，隔板和外部连接，该包装构件构成。其中，正极，包含活性物质的负极，导电剂，粘合剂等。，均匀地涂布在铜箔和铝箔集电体的铝。 　　 更高的锂离子电池正极电位，通常锂过渡金属氧化物，或聚阴离子化合物，如锂钴氧化物，锂锰氧化物，三元，磷酸铁锂等； 锂离子电池负极材料的碳材料通常是，非石墨化碳例如石墨等； 锂离子电池电解液主要是非水溶液，有机溶剂混合物，锂盐，其中所述溶剂是大多碳酸酯类有机溶剂，一价多个聚阴离子的锂盐的锂盐，如六氟磷酸锂； 锂离子电池的隔板大多是聚乙烯，聚丙烯微孔膜作隔离正极和负极材料，以防止由于电子的短路，同时允许的电解质效果离子。 　　 在充电期间，内部的电池，从在脱垂的形式正电极的锂离子，通过膜的电解质转运，嵌入在阳极； 电池的外部，电子从阳极迁移到外部电路。在放电过程中：从负极脱垂内部的锂离子电池，通过该膜，嵌入在正极； 电池外部时，电子从正极迁移到外部电路。作为充电和放电时，迁移到“锂离子”电池之间，而不是单一的物质“锂”，电池被称为“锂离子电池”。 　　其次，锂离子电池的安全危害 　　通常，锂离子电池的安全性的问题表现为燃烧或爆炸，该问题的根源的电池热失控内部发生，此外，一些外部因素，如过充电，火灾，挤压，刺穿，短路和其他问题也可能导致安全问题。锂离子电池的充电和放电中，如果所产生的热量超过电池的散热能力时发热，锂离子电池会过热，电池材料分解发生SEI膜时，电解液的分解，正极的分解，负电极和上与粘合剂的负反应破坏性的副反应和反应和电解溶液的等。 　　如图1所示，安全的阴极材料的风险 　　当锂离子电池不当时，导致在温度以提高电池的内部，在活性物质的正电极材料和电解质的氧化分解发生。同时，这两个反应可以产生大量的热量，导致在电池温度进一步上升。晶格的活性物质不同的脱锂状态转变的热稳定性，和电池的分解温度变化很大影响。 　　2，负极材料的安全风险 　　早期使用的负极材料的是金属锂，组装的电池易产生锂枝晶反复充放电后，然后刺穿隔膜，导致电池短路，或者甚至爆炸泄漏。锂化合物能有效地防止枝晶锂的产生，大大提高了锂离子电池的安全性。随着温度的升高，在与电解液的第一状态锂放热反应的负极碳。在相同的充放电条件，和热释放速率电解质锂人造石墨比用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。 　　3，隔板和电解液的安全危害 　　电解质锂离子电池是锂盐的混合溶液和有机溶剂，其中，所述商业锂盐为六氟磷酸锂，热容易在高温下分解的材料，和少量水和之间的热化学反应有机溶剂，降低了电解质的热稳定性。所述有机溶剂是具有沸点，闪点低，PF5容易在高温下释放与锂盐反应基于碳酸盐的电解质溶液中，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电池，制造电极，电池组件和其它过程会对电池的安全性产生影响。质量控制正和负电极混合，涂布，压延，冲压，或片，组装，电解液填充的量，密封，和类似物入竹刀步骤，并且两个影响电池的性能和安全性。淤浆的均匀性决定了活性物质的分布的均匀性的电极上，从而影响了电池的安全性。淤浆的细度太大，负极材料膨胀并且当所述电池的充放电，则可能发生锂金属析出的收缩发生比较大的变化； 淤浆的细度太小会导致过多的电池的内阻。施加的加热温度过低或干燥时间小于所述残留溶剂意愿的，部分溶解的粘合剂，使所述活性物质的一部分被容易地剥离； 碳化温度过高可能会导致粘合剂，活性物质脱落电池内部短路所造成的。 　　如图5所示，在使用过程中电池的安全性的问题 　　在使用过程中的锂离子电池应减少尽可能过充电或过放电，特别是对于高容量电池单体，由于热干扰可能会引发一系列副反应放热的，引起安全性问题。 　　第三，锂离子电池的安全性检测指标 　　所生产的锂离子电池后，到达消费者手中，还需要进行一系列的测试，为了前尽量保证电池的安全性，减少安全隐患。 　　如图1所示，挤压试验：将充满电的电池被放置在平坦表面上，通过液压缸13±1KN按压力施用，直径32毫米扁钢杆挤出细胞，一旦达到挤压力被停止挤压，电池没有最大起火，不爆炸即可。 　　2，冲击试验：将电池完全充电后，放置在一个平坦的表面，其直径15.8mm钢板列放置在电池的上下方向的中心，重9。钢柱重量的1千克从610毫米的电池上方的高度自由下落。电池不起火，不爆炸会。 　　3。过充电试验：将电池1C完全充电后，经受根据过充电试验3C过充电10V，当电池被过充电电压的上升时间来稳定到一定的电压，靠近电池电压迅速上升的一定时间后，当达到时一定限度，帽子决绝电池电压下降到0V，电池没有火灾，爆炸会。 　　如图4所示，短路试验：全电池具有小于50mΩ的铅蓄电池的正极和负极端子，测试电池的表面温度，最大电池表面140度的温度的电阻。] C，电池盖打开，电池不起火，不爆炸。 　　5，针刺试验：将充满电的电池被放置在平坦表面上的3mm直径的径向针将刺破电池。测试电池不起火，不爆炸会。 　　6，温度循环试验：锂离子电池的温度循环试验是用来模拟运输或储存过程中的锂离子电池，反复暴露于高温和低温环境下，锂离子电池的安全性，并迅速测试是利用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，锂离子电池的安全性的解决方案 　　对于许多材料的锂离子电池的安全性的问题，在制造和使用，以及如何改善在部分容易出现问题的安全，一个锂离子电池制造商需要解决的问题。 　　1，提高电解液的安全性 　　高反应性是电解液与正电极和负电极之间，特别是在高温下，为了提高电池的安全性，提高电解液的安全性的更有效的方法之一。通过添加功能性添加剂，使用锂盐和一种新型的使用新的安全问题的，可以有效地解决了电解液的溶剂。 　　取决于添加剂的功能，它可以分为以下几类：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，防腐添加剂集电极，润湿性增强添加剂。 　　为了改善商用锂盐的性能，研究人员原子被执行以获得一个数字衍生物的方法，其中所述全氟烷基取代化合物得到具有高的闪点，约的导电性，耐水性和提高许多优点原子，是一个非常有前途的类该化合物的锂盐的。此外，硼原子为中心原子，和锂盐的氧阴离子得到具有高的热稳定性螯合配体。 　　溶剂的方面中，许多研究人员已经提出了一系列新的有机溶剂，如羧酸酯，有机醚类有机溶剂中。此外，还存在一类离子液体电解质的安全的，但相对基于碳酸酯的电解质溶液通常用于，大小，导电性，离子的自扩散，从实用了大量的工作系数低的高粘度的离子液体的订单去做。 　　2，以提高电极材料的安全 　　锂铁磷酸盐以及三元复合材料被认为是成本低，“安全性优异”的正电极材料，有可能在电动汽车行业普遍应用。作为正极材料，其是提高了安全性涂层的常用方法被修改，例如表面涂覆金属氧化物正极材料，可以防止阴极材料和电解质之间的直接接触，正电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，由于锂离子电池，该电池通常是最容易产生表面的发热部的热和化学分解，从而提高了SEI膜的热稳定性是用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，聚合物，或碳涂层的沉积，负电极材料可为改善的热稳定性。 　　3，提高电池安全保护设计 　　除了提高电池的安全性的材料，多种安全措施，采用商品锂离子电池，电池被提供作为一个安全阀，串联连接具有正温度系数的热熔保险丝部件，使用热密封隔膜，特别负载保护电路，专用电池管理系统，也意味着更高的安全性。