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锂电池宁静问题及技术汇总!

　　一、锂离子电池的危险性
　　锂离子电池从其自身的化学特性和体系组成上，决定了其是一种具有潜在危险的化学电源。　　1 化学活性高
　　锂是元素周期表第二周期第I主族元素，具有极生动的化学性质。
　　2 能量密度高
　　锂离子电池比能量极高（≥140Wh/kg），是镍镉、镍氢等二次电池的数倍，若爆发热失控反应，就会放出很高的热量容易导致不宁静行为的爆发。
　　3 接纳有机电解质体系
　　有机电解质体系的有机溶剂是碳氢化合物，剖析电压较低，易爆发氧化，并且溶剂易燃；若泛起泄漏等情况，则会引起电池着火，甚至燃烧、爆炸。
　　4 副反应概率大
　　锂离子电池在正常使用的历程中，其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应。但在某些条件下，如对其过充电、过放电或过电流事情时，就很容易会导致电池内部爆发化学副反应；该副反应加剧后，会严重影响电池的性能与使用寿命，并可能爆发大宗的气体，使电池内部的压力迅速增大后爆炸起火而导致宁静问题。
　　5 电极质料的结构不稳定
　　锂离子电池过充电反应会使正极质料的结构爆发变革而使质料具有很强的氧化作用，使电解液中的溶剂爆发强烈的氧化；并且这种作用是不可逆的，反应引发的热量如果积累则会保存引发热失控的危险。
　　二、锂离子电池产品宁静问题原因剖析
　　锂离子电池产品经过30年的工业化生长，宁静技术取得了长足的进步，有效地控制了电池内副反应的爆发，包管了电池的宁静性。可是，随着锂离子电池的使用越来越广泛，能量密度越来越高，近年来照旧屡屡爆发爆炸伤人或因宁静隐患召回产品等事件。我们总结造成锂离子电池产品宁静问题的原因主要有以下几点：
　　1 电芯质料问题
电芯所用的质料包括：正极活性物质、负极活性物质、隔膜、电解质和外壳等，质料的选用和所组成体系的匹配决定着电芯的宁静性能。在选用正、负极活性质料和隔膜质料时，厂家没有对原质料特性和匹配性进行一定的考核，造成了电芯宁静性的先天缺乏。
　　2 生产工艺问题
　　电芯原质料检测不严，生产情况差，导致生产中混入杂质，不但对电池的容量有较大的倒运，对电池的宁静性也有很大的影响；另外，电解液中如果混入了过多的水分，可能就会爆发副反应而增大电池内压，对宁静造成影响；由于生产工艺水平的限制，在电芯的生产历程中，产品无法抵达良好的一致性，好比电极基体平整度差、电极活性质料泛起脱落、活性质料中混入其它杂质、极耳焊接不牢、焊接温度不稳定、极片边沿有毛刺以及要害部位无使用绝缘胶带等问题，都可能会对电芯的宁静性带来倒运的影响。
　　3 电芯设计缺陷，宁静性能降低
　　在结构设计上，许多对宁静有影响的要害点没有被厂家重视，如要害部位没有绝缘胶带，隔膜设计没有留有余量或余量缺乏，正负极容量比设计不对理，正负极活性物质面积比设计不对理，极耳长度设计不对理等，这些都可能对电池的宁静性埋下隐患。另外在电芯的生产历程中，一些电芯生产厂家为了节省本钱和提高性能，尽量节省和压缩原质料，如减少隔膜面积、减薄铜箔、铝箔以及不使用泄压阀、不使用绝缘胶带等，这些都会降低电池的宁静性。

　　4 能量密度过高
　　目前市场上都在追求更高容量的电池产品，厂家为了增加产品竞争力，不绝提高锂离子电池的体积比能量，这在很洪流平上增加了电池的危险性。
　　三、宁静技术
　　虽然锂离子电池具有诸多危险隐患，可是在特定的使用条件下，以及接纳一定的步伐是可以有效地控制电芯内副反应和剧烈反应的爆发，包管其使用宁静的。下面就简单介绍几种锂离子电池常用的宁静技术。
　　1 选用宁静系数更高的原质料
　　选用宁静系数更高的正负极活性质料、隔膜质料和电解液。
　　a）正极质料的选择
　　正极质料的宁静性主要基于以下3个方面：
　　1 质料的热力学稳定性；
　　2 质料的化学稳定性；
　　3 质料的物理性能。
　　b）隔膜质料的选择
　　隔膜的主要作用是将电池的正、负极离开开，避免正负极接触而短路，同时具有使电解质离子通过的能力，即具有电子绝缘性和离子导通性。锂离子电池选用隔膜时应注意以下几点：
　　1 具有电子绝缘性，包管正负极的机械隔离；
　　2 有一定的孔径和孔隙率，包管低的电阻和高的离子电导率；
　　3 隔膜质料具有足够的化学稳定性，必须耐电解液腐化；
　　4 隔膜要有自动关断�；さ墓π� ；
　　5 隔膜的热收缩率和变形性要尽可能地��；
　　6 隔膜要具有一定的厚度；
　　7 隔膜要具有较强的物理强度并有足够大的抗穿刺的能力。
　　c）电解液的选择
　　电解液是锂离子电池的重要组成部分，在电池正负极之间起着输送和传导电流的作用。锂离子电池使用电解液是以适当的锂盐溶解在有机非质子混淆溶剂中而形成的电解质溶液。它通常应满足以下几方面的要求：
　　1 化学稳定性好，与电极活性物质、集流体和隔膜不爆发化学反应；
　　2 电化学稳定性好，具有较宽的电化学窗口；
　　3 锂离子电导率高，电子电导率低；
　　4 液态温度规模宽；
　　5 宁静无毒，对情况友好。
　　2 增强电芯整体宁静性设计
　　电芯是将电池种种物质组合起来的纽带，是正极、负极、隔膜、极耳和包装膜等系统之集成，电芯结构设计，不但影响到种种质料性能的发挥，还对电池的整体电化学性能、宁静性能爆发重要的影响。质料的选择与电芯结构设计正是一种局部与整体的关系，在电芯设计上，应该结合质料特性来制定合理的结构模式。
　　另外，在锂电池结构上还可以考虑一些特另外�；ぷ爸�，常见的�；せ股杓朴幸韵录钢郑�1 接纳开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；2 设置宁静阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定的数值时，宁静阀自动翻开，包管电池的使用宁静性。
　　下面对电芯结构的宁静设计提出一些实例：
　　a）正负极容量比和设计巨细片
　　凭据正负极质料的特性来选择合适的正负极容量比，电芯的正负极容量的配比是关系到锂离子电池宁静性的重要环节，正极容量过上将会泛起金属锂在负极外貌沉积，而负极过大电池的容量会有较大的损失。一般而言，N/P=1.05～1.15，并凭据实际的电池容量和宁静性要求进行适当的选择。设计巨细片，使负极膏体（活性物质）位置包�。ù笥冢┱嗵逦恢�，一般宽度应大1～5 mm，长度应大5～10 mm。
　　b）隔膜宽度留有余量
　　隔膜宽度设计的总体原则是避免正负极片直接接触而爆发内部短路，由于电池在充放电历程中和热攻击等情况下，隔膜的热收缩性导致隔膜在长度和宽度偏向上爆发变形，隔膜褶皱的区域由于正负极间的距离增大，致使极化增大；隔膜拉伸的区域由于隔膜变薄而使微短路的可能性加大；隔膜边沿区域的收缩则可能导致正负极直接接触而爆发内短路，这些都会使电池因热失控而爆发危险。因此，在设计电池时，在隔膜的面积和宽度的使用上必须考虑其收缩特性，隔离膜要比阳极、阴极大�？悸窃诠ひ瘴蟛钔�，隔离膜必须比极片外边长至少0.1mm。
　　c）绝缘处理
　　内短路是锂离子电池保存宁静性隐患的重要因素，在电芯的结构设计中保存许多引发内短路的潜在危险部位，因此应该在这些要害位置设置须要的步伐或者绝缘，以避免在异常情况下爆发电池内短路，好比：正负极耳间坚持须要的间距；收尾单面中间无膏体位需贴绝缘胶带，并将裸露部分全部包��；正极铝箔和负极活性物质之间贴绝缘胶带；应用绝缘胶带将极耳焊接部分全部包��；电芯顶部接纳绝缘胶带等。
　　d）设置宁静阀（泄压装置）
　　锂离子电池爆发危险，经常是因为内部温度过高或压力过大而引发爆炸、起火；设置合理的泄压装置，能在危险爆发时迅速释放电池内部的压力和热量，减少爆炸危险。合理的泄压装置要求既能满足电池正常事情时的内压又能在内压抵达危险极限的时候自动翻开而泄放压力，泄压装置的设置位置需要考虑电池外壳因内压增大所爆发形变的特性来设计；宁静阀的设计可以通过薄片、边沿、接缝和刻痕等来实现。
　　3 提高工艺水平
努力做好电芯生产历程中的标准化和规范化。在混料、涂布、烘烤、压实、分切和卷绕等办法中，制定标准化（如隔膜宽度、电解液注液量等），革新工艺手段（如低气压注液法、离心装壳法等），做好工艺控制，包管工艺质量，缩小产品间的差别；在对宁静有影响到要害办法设置特殊工步（如去极片毛刺、扫粉、对差别的质料接纳差别的焊接要领等），实施标准化质量监控，消除缺陷部位，排除有缺陷产品（如极片变形、隔膜刺破、活性质料脱落和电解液泄漏等）；坚持生产场合的整洁、清洁，实施5S治理和6-sigma质量控制，避免生产中混入杂质和水分，尽量减少生产中的意外情况对宁静性的影响。

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