鋰離子電池安全性研究及影響因素分析.pdf

1、鋰離子電池因其高能量密度及采用有機(jī)易燃電解液體系，當(dāng)發(fā)生誤用或?yàn)E用時(shí)，在一定條件下引發(fā)熱失控，會(huì)引起不安全事故。特別對(duì)于動(dòng)力電池系統(tǒng)的電池組，若各單體處于非均衡狀態(tài)，則對(duì)某一特定單體電池，無異于處于濫用狀態(tài)，該單體電池的不安全可能引起整個(gè)電池組的不安全。因此對(duì)電池休系的安全性研究已成為當(dāng)前鋰離子電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 首先通過對(duì)文獻(xiàn)總結(jié)，闡述了鋰離子電池安全性的實(shí)質(zhì)即熱的產(chǎn)生和散逸的競爭過程，并給出了安全-不安全的能量觸發(fā)過程圖。

2、論文研究了不同單體鋰離子電池在不同循環(huán)狀況和不同使用條件下對(duì)濫用的容忍程度以及發(fā)生安全性問題的主要原因。 系統(tǒng)地研究了2000只商用鋁塑膜包裝LiCoO2/MPCF鋰離子電池在循環(huán)過程中耐濫用能力的變化和其起因。在實(shí)驗(yàn)循環(huán)范圍內(nèi)，循環(huán)對(duì)機(jī)械濫用的安全性影響甚小，對(duì)電、熱濫用的安全性有明顯的影響。對(duì)過充電、短路和熱箱實(shí)驗(yàn)都有一個(gè)相應(yīng)的循環(huán)次數(shù)，循環(huán)小于該次數(shù)，電池為安全，循環(huán)大于該次數(shù)，電池為不安全，而且隨循環(huán)增加不安全性更嚴(yán)重。

3、結(jié)合XRD、SEM、內(nèi)阻等測試結(jié)果表明：隨著循環(huán)次數(shù)增加，LiCoO2開裂，嵌鋰能力下降，負(fù)極表面SEI膜增厚，并導(dǎo)致內(nèi)阻增加；在循環(huán)末期出現(xiàn)鋰和鋰的化合物。論文還通過計(jì)算，對(duì)短路實(shí)驗(yàn)中觀察到的循環(huán)后期不安全電池初期溫升速率低于安全電池溫升速率給出了解釋。 高溫?cái)R置后，電池抗熱擾動(dòng)能力變差。充電態(tài)電池經(jīng)70-90℃擱置4h后，電池對(duì)短路實(shí)驗(yàn)證明是安全的，而過充電測試對(duì)于90℃擱置后電池3C12V出現(xiàn)熱失控。電池經(jīng)過高溫?cái)R置后的充

4、放電性能衰退，并隨著溫度升高而加劇，這主要是由于高溫?cái)R置時(shí)負(fù)極表面SEI膜因嵌鋰負(fù)極和電解液反應(yīng)而變厚和致密，使得負(fù)極中的鋰在后續(xù)放電時(shí)較難脫出，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)內(nèi)阻在80℃有突變。高溫?cái)R置后電池安全行為是和內(nèi)阻變化相關(guān)的。 研究了LiCoO2，LiMn2O4，包埋的LiNiO2和由LiMn2O4和包埋的LiNiO2組成(1：1wt％)的復(fù)合材料作為正極活性材料所組成的電池的耐熱安全性。結(jié)果表明：LiMn2O4電池具有最好的耐熱安全性

5、，最高耐熱安全溫度為165℃，復(fù)合材料電池也具有良好的耐熱安全性(最高耐熱安全溫度為150℃)，同時(shí)具有優(yōu)良的過充安全性，在5C18V條件下仍能保持安全。復(fù)合材料與LiCoO2具有相近的容量和循環(huán)性能。 對(duì)不同制造商的隔膜材料對(duì)比研究表明，隔膜對(duì)電池的安全性特別是在閉合和破裂溫區(qū)有直接和重要影響。正極成型時(shí)優(yōu)化的輥壓率可以很大改善電池安全性和提高充放電性能。 提出了電池的元電池模型，計(jì)算給出了電池活性物質(zhì)和集流體的電流密