鉅大LARGE | 點擊量：2244次 | 2021年05月25日
鋰離子電池安全隱患存在有什么？
一般來說，鋰離子電池出現安全問題表現為燃燒甚至爆炸，出現這些問題的根源在于電池內部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發熱，假如出現的熱量超過了電池熱量的耗散能力，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應和負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。
1、正極材料的安全隱患
當鋰離子電池使用不當時，導致電池內部溫度的升高，使正極材料會發生活性物質的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應能夠出現大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態對活性物質晶格轉變、分解溫度和電池的熱穩定性影響相差很大。
2、負極材料的安全隱患
早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易出現鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效防止鋰枝晶的出現，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態下的碳負極首先與電解液發生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3、隔膜與電解液的安全隱患
鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發生熱分解，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應，降低電解液的熱穩定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應，易被氧化。
4、制造工藝中的安全隱患
鋰離子電池在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會對電池的安全性出現影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現金屬鋰的析出；漿料細度太小會導致電池內阻過大。涂布加熱溫度過低或烘干時間不足會使溶劑殘留，粘結劑部分溶解，造成部分活性物質容易剝離；溫度過高可能造成粘結劑炭化，活性物質脫落造成電池內部短路。
5、電池使用過程中的安全隱患
鋰離子電池在使用過程中應該盡可能減少過充電或者過放電，特別關于單體容量高的電池，因熱擾動可能會引發一系列放熱副反應，導致安全性問題。鋰系電池是近20年來發展最快的電池體系，目前被廣泛用于電子產品。而近來發生的手機、筆記本電腦爆炸本質上就是電池爆炸。手機和筆記本電池到底是什么樣的，如何工作，為何會發生爆炸，如何防止爆炸，這些都是廣大讀者關心的問題，本文將一一深入進行探討。
原理解構
鋰系電池分為鋰離子電池和鋰離子電池。目前手機和筆記本電腦使用的都是鋰離子電池，通常人們俗稱其為鋰離子電池。本文將討論目前手機等使用的鋰離子電池，而真正的鋰離子電池由于危險性大，沒有應用于日常電子產品。
鋰離子電池以碳素材料為負極，以含鋰的化合物作正極，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。鋰離子電池是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱。鋰離子電池的充放電過程，就是鋰離子的嵌入和脫嵌過程。在鋰離子的嵌入和脫嵌過程中，同時伴隨著與鋰離子等當量電子的嵌入和脫嵌(習慣上正極用嵌入或脫嵌表示，而負極用插入或脫插表示)。在充放電過程中，鋰離子在正、負極之間往返嵌入/脫嵌和插入/脫插，被形象地稱為搖椅電池。
鋰離子電池能量密度大，平均輸出電壓高。自放電小，每月在10%以下。沒有記憶效應。工作溫度范圍寬為-20℃～60℃。循環性能優越、可快速充放電、充電效率高達100%，而且輸出功率大。使用壽命長。沒有環境污染，被稱為綠色電池。
充電是電池重復使用的重要步驟，鋰離子電池的充電過程分為兩個階段：恒流快充階段(指示燈呈紅色或黃色)和恒壓電流遞減階段(指示燈呈綠色)。恒流快充階段，電池電壓逐步升高到電池的標準電壓，隨后在控制芯片下轉入恒壓階段，電壓不再升高以確保不會過充，電流則隨著電池電量的上升逐步減弱到0，而最終完成充電。電量統計芯片通過記錄放電曲線可以抽樣計算出電池的電量。鋰離子電池在多次使用后，放電曲線會發生改變，鋰離子電池雖然不存在記憶效應，但是充電不當會嚴重影響電池性能。
鋰離子電池過度充放電會對正負極造成永久性損壞。過度放電導致負極碳片層結構出現塌陷，而塌陷會造成充電過程中鋰離子無法插入；過度充電使過多的鋰離子嵌入負極碳結構，而造成其中部分鋰離子再也無法釋放出來。
充電量等于充電電流乘以充電時間，在充電控制電壓一定的情況下，充電電流越大(充電速度越快)，充電電量越小。電池充電速度過快和終止電壓控制點不當，同樣會造成電池容量不足，實際是電池的部分電極活性物質沒有得到充分反應就停止充電，這種充電不足的現象隨著循環次數的新增而加劇。
安全隱患
鋰離子電池的安全性問題，不僅與池材料本身性質有關，而且與電池制備技術和使用有關。手機電池頻頻發生爆炸事件，一方面是由于保護電路失效，但更重要的是在于材料方面并沒有根本的解決問題。
鈷酸鋰正極活性材料在小電芯方面是很成熟的體系，但是充滿電后，仍舊有大量的鋰離子留在正極，當過充時，殘留在正極的鋰離子將會涌向負極，在負極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時必然的結果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會有多余的鋰離子游離到負極形成枝晶，鈷酸鋰材料的理論比能量是超過每克270毫安時的，但為保證其循環性能，實際使用容量只有理論容量的一半。在使用過程中，由于某種原因(如管理系統損壞)而導致電池充電電壓過高，正極中剩余的一部分鋰就會脫出，經電解液到負極表面以金屬鋰的形式沉積形成枝晶。枝晶刺穿隔膜，形成內部短路。
電解液的重要成分為碳酸酯，閃點很低，沸點也較低，在一定條件下會燃燒甚至爆炸。如電池出現過熱，會導致電解液中的碳酸酯被氧化和還原，出現大量氣體和更多的熱，如缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放，電池內壓便會急劇上升而引起爆炸。
聚合物電解質鋰離子電池并沒有從根本上解決安全性問題，同樣使用鈷酸鋰和有機電解液，而且電解液為膠狀，不易泄漏，將會發生更猛烈的燃燒，燃燒是聚合物電池安全性最大的問題
