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手把手带你认识锂离子电池(四)

2015-07-23 06:27:38 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0

本文对锂离子电池长期稳定可靠使用相关的指标:循环寿命和安全性两方面作了论述。

5. 隔离膜阻塞或损坏

隔离膜的作用是将电池正负极分开防止短路。在锂离子电池循环过程中,隔离膜逐渐干涸失效是电池早期性能衰退的一个重要原因。这主要是由于隔离膜本身的电化学稳定性和机械性能不足,以及对电解质对隔离膜的浸润性在反复充电过程中变差造成的。由于隔离膜的干涸,电池的欧姆内阻增大,导致充放电通道堵塞,充放电不完全,电池容量无法回复到初始状态,大大降低了电池的容量和使用寿命。

6. 正负极材料脱落

正负极的活性物质,是通过粘结剂固定在基体上面的,在长期使用过程中,由于粘结剂的失效以及电池受到机械振动等原因,正负极的活性物质不断脱落,进入电解质溶液,这导致能够参与电化学反应的活性物质不断减少,电池的循环寿命不断下降。

粘结剂的长期稳定性和电池良好的机械性能,将能够延缓电池循环寿命的下降速度。

7. 外部使用因素

锂离子电池有合理的使用条件和范围,如充放电截止电压,充放电倍率,工作温度范围,存储温度范围等。但是在实际使用当中,超出允许范围的滥用情况非常普遍,长期的不合理使用,会导致电池内部发生不可逆的化学反应,造成电池机理的破坏,加速电池的老化,造成循环寿命的迅速下降,严重时,还会造成安全事故。

八、 锂离子电池的安全性

锂离子电池的安全性问题,其内在原因是电池内部发生了热失控,热量不断的累积,造成电池内部温度持续上升,其外在的表现是燃烧、爆炸等剧烈的能量释放现象。

电池是能量的高密度载体,本质上就存在不安全因素,能量密度越高的物体,其能量剧烈释放时的影响就越大,安全问题也越突出。汽油、天然气、乙炔等高能量载体,也都存在同样的问题,每年发生的安全事故,数不胜数。

不同的电化学体系、不同的容量、工艺参数、使用环境、使用程度等,都对锂离子电池的安全性有较大的影响。

由于电池存储能量,在能量释放的过程中,当电池热量产生和累积速度大于散热速度时,电池内部温度就会持续升高。锂离子电池由高活性的正极材料和有机电解液组成,在受热条件下非常容易发生剧烈的化学副反应,这种反应将产生大量的热,甚至导致的“热失控”,是引发电池发生危险事故的主要原因。

【完结版】手把手带你认识锂离子电池(四)

锂离子电池内部的热失控,说明电池内部的一些化学反应已经不是我们此前所期待的“可控”和“有序”,而是呈现出不可控和无序的状态,导致能量的快速剧烈释放。

那么,我们来看看,都有哪些化学反应,会伴随大量的热产生,进而导致热失控。

1. SEI膜分解,电解液放热副反应

固态电解质膜实在锂离子电池初次循环过程中形成,我们既不希望SEI膜太厚,也不希望它完全不存在。合理的SEI膜存在,能够保护负极活性物质,不跟电解液发生反应。

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可是当电池内部温度达到130℃左右时,SEI膜就会分解,导致负极完全裸露,电解液在电极表面大量分解放热,导致电池内部温度迅速升高。

这是锂电池内部第一个放热副反应,也是一连串热失控问题的起点。

2. 电解质的热分解

由于电解质在负极的放热副反应,电池内部温度不断升高,进而导致电解质内的LiPF6和溶剂进一步发生热分解。

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这个副反应发生的温度范围大致在130℃~250℃之间,同样伴随着大量的热产生,进一步推高电池内部的温度。

3. 正极材料的热分解

随着电池内部温度的进一步上升,正极的活性物质发生分解,这一反应一般发生在180℃~500℃之间,并伴随大量的热和氧气产生。

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不同的正极材料,其活性物质分解所产生的热量是不同的,所释放的氧气含量也有所不同。磷酸铁锂正极材料由于分解时产生的热量较少,因而在所有的正极材料中,热稳定性最为突出。镍钴锰三元材料分解时则会产生较多的热量,同时伴有大量的氧气释放,容易产生燃烧或爆炸,因此安全性相对较低。

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关键词:锂离子电池
作者:夏军 来源:第一电动网

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