锂離子電池燃燒或爆炸的原因
锂離子電池以其高比能量、較高的工作電壓、體積小、重量輕等優點已成爲移動通訊、筆記本電腦等便攜式電子産品的主要電源之一。然而,锂離子電池在充放电过程中由于使用不当,会出现鼓胀燃烧或爆炸的危险;特别是在滥用条件下(如受热、过充、短路、振动、挤压等),电池会出现燃烧、爆炸乃至人员受伤等情况。因此,研究锂離子電池的爆炸机理对提高锂離子電池的安全性有重要的意义。
锂離子電池燃烧或爆炸的可能性主要如下:
一、当锂離子電池受热时,电池内部的反应如一个反应链,各个反应相互 促进,依次进行。首先是SEI膜分解放出热量加热了电池,促使负极与溶剂的反应放出更多的热量,导致负极与粘结剂的反应、溶剂分 解,接接着正极开始进行热分解反应,放出大量的热与气体,最后导 致电池燃烧或爆炸。
二、在锂離子電池充电初期,电流通过电池时一部分电能转化为热能,欧姆极化也产生一部分热量,但电池表面温度上升的很慢;当电池达到 全充满状态时,由锂离子继续的嵌入反应变成锂金属在负极表面的沉积,溶剂被氧化(由过充引起的溶剂的氧化反应放出的热量远远高于可逆状态下锂离子与溶剂反应放出的热量)放出的热量加热了电池;随着电池温度升高,金属锂与溶剂反应、嵌锂碳与溶剂反应相继发 生,热量失控,同时伴随发生溶剂的分解、粘结剂与锂金属的反应。
三、短路、针刺和撞击对锂離子電池造成的危害大致相同。短路时,电流通过电池的瞬间产生大量的热,加热电池,使电池温度升高到正极分解的温度,正极热分解又导致电池热量失控;针刺速度很快时,在针刺的部位造成局部短路并产生大量的热,使电池内部温度升高到正极热分解的温度;当锂離子電池受到撞击时,电极上过电压损失产生热量,促使溶剂与负极的反应,放出的热量又进一步加热电池,促使正极热分解反应发生,导致热量的失控 。
四、锂離子電池的设计
a正負極容量比:電池在使用的過程中,在不同程度都會有所破壞,那就要求負極的嵌锂空間至始至終都要比正極的脫嵌的锂離子空間大。如在設計時,沒有考慮負極余量的大小,會造成析锂,刺穿隔膜,造成短路。
b尺寸:電池的隔膜收縮與極片的寬度,當隔膜收縮過大,極片會引起短路。
c放電電流:在設計時根據産品的使用放電電流來設計極片的面密度壓實極耳類型等。當面密度過大,壓實過高,極耳截面較小時,大電流放電,會産生析锂,産生大量的熱造成電池爆炸。
d防爆結構:當電池內壓達到一定的壓力時,進行排氣減壓的功能防止電池殼體爆炸。目前采用的有刻痕防爆,排氣閥部件。
e保護系統:對電池進行保護過充過放過流短路。
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