鉅大LARGE | 點擊量：718次 | 2022年04月16日
鋰電池的安全性問題和循環壽命分析
鋰離子電池的安全性問題，其內在原因是電池內部發生了熱失控，熱量不斷的累積，造成電池內部溫度持續上升，其外在的表現是燃燒、爆炸等劇烈的能量釋放現象。
電池是能量的高密度載體，本質上就存在不安全因素，能量密度越高的物體，其能量劇烈釋放時的影響就越大，安全問題也越突出。汽油、天然氣、乙炔等高能量載體，也都存在同樣的問題，每年發生的安全事故，數不勝數。
不同的電化學體系、不同的容量、工藝參數、使用環境、使用程度等，都對鋰離子電池的安全性有較大的影響。
由于電池存儲能量，在能量釋放的過程中，當電池熱量出現和累積速度大于散熱速度時，電池內部溫度就會持續升高。鋰離子電池由高活性的正極材料和有機電解液組成，在受熱條件下非常容易發生劇烈的化學副反應，這種反應將出現大量的熱，甚至導致的熱失控，是引發電池發生危險事故的重要原因。
有關鋰離子電池的循環壽命和安全性
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%
鋰離子電池內部的熱失控，說明電池內部的一些化學反應已經不是我們此前所期待的可控和有序，而是呈現出不可控和無序的狀態，導致能量的快速劇烈釋放。
那么，我們來看看，都有什么化學反應，會伴隨大量的熱出現，進而導致熱失控。
1.SEI膜分解，電解液放熱副反應
固態電解質膜實在鋰離子電池初次循環過程中形成，我們既不希望SEI膜太厚，也不希望它完全不存在。合理的SEI膜存在，能夠保護負極活性物質，不跟電解液發生反應。
可是當電池內部溫度達到130℃左右時，SEI膜就會分解，導致負極完露，電解液在電極表面大量分解放熱，導致電池內部溫度迅速升高。
這是鋰離子電池內部第一個放熱副反應，也是一連串熱失控問題的起點。
2.電解質的熱分解
由于電解質在負極的放熱副反應，電池內部溫度不斷升高，進而導致電解質內的LiPF6和溶劑進一步發生熱分解。
這個副反應發生的溫度范圍大致在130℃~250℃之間，同樣伴隨著大量的熱出現，進一步推高電池內部的溫度。
3.正極材料的熱分解
隨著電池內部溫度的進一步上升，正極的活性物質發生分解，這一反應一般發生在180℃~500℃之間，并伴隨大量的熱和氧氣出現。
不同的正極材料，其活性物質分解所出現的熱量是不同的，所釋放的氧氣含量也有所不同。磷酸鐵鋰正極材料由于分解時出現的熱量較少，因而在所有的正極材料中，熱穩定性最為突出。鎳鈷錳三元材料分解時則會出現較多的熱量，同時伴有大量的氧氣釋放，容易出現燃燒或爆炸，因此安全性相對較低。
4.粘結劑與負極高活性物質的反應
負極活性物質LixC6與PVDF粘結劑的反應溫度約從240℃開始，峰值出現在290℃，反應放熱可達1500J/g。
由以上分析可以看出，鋰離子電池的熱失控，并不是瞬間完成的，而是一個漸進的過程。這個過程，一般由過充、大倍率充放電、內短路、外短路、振動、碰撞、跌落、沖擊等原因，導致電池內部短時間內出現大量的熱，并不斷的累積，推動電池的溫度不斷上升。
一旦溫度上升到內部連鎖反應的門檻溫度（約130℃），鋰離子電池內部將會自發的出現一系列的放熱副反應，并進一步加劇電池內部的熱量累積和溫度上升趨勢，這一過程還會析出大量的可燃性氣體。當溫度上升到內部溶劑和可燃性氣體的閃點、燃點時，將會導致燃燒和爆炸等安全事故。
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