随着科技不断地发展,锂电池技术逐渐成熟,质量安全有保障,从而推动了锂电产业的迅速发展。为了人们可以安全地使用和处理锂电池, 国家标准民用锂电池安全通用要求对锂电池进行测试,确保安全使用。
锂电池作为新能源汽车储能环节,其性能与充放电性能直接决定新能源汽车的续航里程和动力性。除了应用在新能源汽车领域,还被广泛应用在其他领域。锂电池属于化学储能,在安全性、电池寿命、充电技术有明显的优势。
一般来说,锂离子电池组的安全问题通常表现为燃烧甚至是爆炸。这些问题的根源在于电池内部的热失控。此外,一些外部因素,如过渡充电、挤压、短路等也会导致安全问题。
【 负极、正极和电解液的安全风险隐患】
锂电池的安全事故,无论是电芯老化或者自身质量问题带来的自内而外的过热,进而导致热失控,还是由于交通事故或者其他类型的滥用造成的热失控,事故发生总要经历电芯材料剧烈反应的过程,如果能够阻断这个点,则电池可以失效,但永远不会燃爆。
1、负极材料
负极材料的安全性,主要围绕其热稳定性进行观察,其稳定程度与下面三个因素有关:电解液中电解质的类型,石墨负极中嵌锂碳含量的多少以及石墨负极使用的粘结剂的种类。
早期使用负极材料为锂金属,电池组经反复充放电容易出现锂枝晶,并刺穿隔膜,导致电池短路、液体泄露甚至爆炸。锂插层化合物能有效防止锂枝晶的发生,大大提高锂离子电池的安全性。
2、正极材料
正极材料的安全性问题主要是两个方面,一个是充电状态下,材料结构的稳定性,另一个是电池高温下,正极材料与电解液的反应腐蚀问题。
正极材料的稳定性问题,主要是过渡充电,与材料不匹配的锂离子脱出速率会冲垮材料晶格结构,毁坏的部分材料反过来堵住离子通路,增加了离子嵌入难度。这个过程中会有热量积累,从而造成电池工作温度的进一步上升,造成锂电池安全事故的一种原因。
正极被电解液腐蚀,放出少量气体和热量,这是电池使用过程中老化的一个重要原因。但正极与电解液的剧烈反应,一般出现在电池温度已高的阶段,一般超过200℃,是热量爆发式生成的重要力量。当锂离子电池包使用不当时,就会导致电池企业内部温度升高,正极材料会发生活性研究物质的分解和电解液的氧化。这两种反应能够不断产生大量的热,使得事故的危害升级。
3、电解质的潜在安全隐患
电解液存在两个方面的问题,首先是自身容易燃烧,其次具有与正负极材料发生反应的倾向。
锂离子电池电解质是锂盐和有机溶剂的混合物,商用锂盐是锂盐的六氟化锂钾,容易在高温下发生热分解,而在热化学反应之间加入微量水和有机溶剂,会降低电解质的热稳定性。