鋰離子電池安全問題真的解決不了嗎?

近年來，手機電池和筆記本電腦電池的燃燒和爆炸問題已經不那么令人擔憂了。近日，三星GalaxyNote7發(fā)生電池起火爆炸，鋰離子電池的安全性成為人們關注的焦點。

除了外部因素應用現狀而言,鋰離子電池的安全性重要取決于底層電化學系統(tǒng)和底層元素,如電極/細胞結構,規(guī)劃和生產過程以及選擇的電化學系統(tǒng)細胞是決定電池安全最基本的元素。作者將從幾個不同的角度來分析鋰離子電池的安全性。

熱力學的觀點:研究表明,不僅在陰極,陽極材料的外觀還覆蓋一層很薄的鈍化膜,掩蓋在電極的鈍化膜功能方面的鋰離子電池將攻擊非常重要的影響力,和特殊的接口問題,只要在非水有機電解液體系不存在。這里我想強調的是，從費米能級的角度來看，現有的鋰離子電池系統(tǒng)在熱力學上并不穩(wěn)定。其工作之所以能夠順利進行，是因為正極和負極表面的鈍化膜是與正極和負極以及電解液之間的進一步反應動態(tài)隔離的。

因此，鋰離子電池的安全性直接關系到陽極和陰極表面鈍化膜的完整性和細度。

傳熱的角度來看:鋰離子電池的不安全行為(包括充電和放電,快速充電和放電,短路,機械濫用條件和高溫熱沖擊,等等)很容易引發(fā)危險的副反應在電池和熱攻擊,直接破壞鈍化膜的外表面負極和正極。

電池溫度上升到130℃時,負電極表面SEI膜差別,導致暴力復蘇氧化反應的高度活躍鋰碳負極電解液接觸,和攻擊的熱量使電池進入一個高風險狀態(tài)。當電池內部溫度上升到200℃以上時，陽極表面鈍化膜將陽極區(qū)分開出現氧氣，并繼續(xù)與電解液劇烈反應出現大量熱量，形成較高的內部壓力。當電池溫度達到240℃以上時，鋰碳正極與粘結劑發(fā)生強烈的放熱反應。

可以看出，SEI膜對負極外觀的損傷導致了高活性嵌鋰負極與電解液之間強烈的放熱反應，這是導致電池溫度升高和電池熱失控的直接原因。而正極數據放熱的微分只是熱失控反應的一部分，甚至不是最重要的因素。

磷酸鐵鋰(LFP)具有非常穩(wěn)定的結構，通常不會發(fā)生熱分化，但LFP電池還存在其他危險的副用途，因此LFP電池的安全性只是相對的。從以上分析可以看出，溫度控制對鋰離子電池安全具有重要意義。與小型3C電池相比，大功率電池由于電池結構、工作方式、環(huán)境等因素，散熱更加困難。因此，大功率電池系統(tǒng)的熱管理規(guī)劃至關重要。

電極可燃性:鋰離子電池使用的有機溶劑易燃，閃點過低。不安全行為引起的熱失控容易點燃燃點低的可燃液體組分，導致電池焚燒。鋰正極碳數據，間隙和正極碳也有可燃性。

鋰燃燒的概率高于電池爆炸的概率，但電池爆炸必須伴有焚燒。另外，當電池破裂，外部環(huán)境空氣濕度較高時，空氣中的水和氧很容易與嵌有鋰的碳負極發(fā)生劇烈反應，釋放出大量熱量，導致電池焚燒。電極數據的可燃性是鋰離子電池與水二次電池的重要差別之一。