鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2021年03月19日
影響鋰離子電池安全性的因素有什么
當前,安全是鋰離子電池從便攜式產品向動力鋰電池和大規模儲能技術發展的瓶頸之一。本文從正極、負極、隔膜、電解質和電池使用方式五個方面簡要介紹對鋰離子電池安全性的影響,總結出電池的使用方式和存放環境是引起鋰離子電池發生事故的一個關鍵因素。
正極
當前,常見的正極重要包括LiCoO2,LiFePO4,LiMn2O4和LiNixCoyMn1?x?yO2(三元化合物),熱力學穩定性和放熱量順序依次為LiFePO4>LiMn2O4>LiNixCoyMn1?x?yO2>LiCoO2。LiCoO2和三元化合物熱穩定性差,放熱量分別為770和570J?g?1,遠高于LiFePO4和LiMn2O4的發熱量(150/230J?g?1),所以,LiFePO4是安全性最好的正極材料,而三元化合物具有容量高,成本低,環境污染小,可以大電流充放電等優勢,相比導電率小的LiFePO4和容量低、循環性能差的LiMn2O4,是最有希望大規模應用的正極材料
電解液
鋰離子電池使用的電解液溶劑重要是碳酸二乙酯,碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸二甲酯等碳酸酯類有機化合物的混合物,這些化合物容易分解和氧化,著火點低,遇火極易燃燒。其中線性碳酸酯能提高電池的充放電容量和循環壽命,但是他們的閃點較低,在較低的溫度下即會閃燃,潛藏著很大的安全問題。而且體積比為1:1的碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯/碳酸二乙酯分解電壓依次為4.25、5.1和4.35V,這些不同的分解電壓也是影響電池安全性能差異的另外一個因素。所以,選用高沸點、高閃點以及介電常數的環狀碳酸酯,或含有S、N、F等元素的有機溶劑,是提高鋰離子電池的安全性能一個途徑。此外,電解液中可以加入阻燃型添加劑,在受熱升溫時釋放出具有阻燃性能的自由基,吸收因電池濫用出現的氣體中的氫自由基或氫氧自由基,從而阻止鏈式反應,減少或防止有機電解液燃燒,提高電池的安全性能[8]。
隔膜
鋰離子電池中的隔膜既要防止正負極接觸,又不影響鋰離子和電子擴散。因此,前者對隔膜紙的厚度、熱力學穩定性、絕緣性能及熱閉合溫度和熔融溫度提出要求,防止形成枝晶鋰刺破隔膜,出現危險[9]。高飛等采用錐形量熱儀技術發現石墨和隔膜是影響電池燃燒行為的重要因素,隔膜的不完全燃燒出現煙氣的。作者采用層次分析法計算認為鋰離子電池火災的重要危險源是隔膜,其次是負極、正極[10]。后者則要隔膜具有合適的孔徑、孔率和分布。一般孔徑小于10nm的,孔率為40%左右且分布均勻的隔膜紙,具有優異的離子導電能力[6]。此外,隔膜要有足夠的化學穩定性和抗穿刺能力,以及高溫條件下優良的自動關斷保護功能。
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