07.17 「鳳谷」鋰離子電池的安全隱患

一、鋰離子電池的安全隱患

一般來說，鋰離子電池出現安全問題表現為燃燒甚至爆炸，出現這些問題的根源在於電池內部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發熱，如果產生的熱量超過了電池熱量的耗散能力，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應和負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。

1、正極材料的安全隱患

當鋰離子電池使用不當時，導致電池內部溫度的升高，使正極材料會發生活性物質的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應能夠產生大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態對活性物質晶格轉變、分解溫度和電池的熱穩定性影響相差很大。

2、負極材料的安全隱患

早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電後易產生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產生，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態下的碳負極首先與電解液發生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大於與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。

3、隔膜與電解液的安全隱患

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發生熱分解，並與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應，降低電解液的熱穩定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應，易被氧化。

4、製造工藝中的安全隱患

鋰離子電池在製造過程中，電極製造、電池裝配等過程都會對電池的安全性產生影響。如正極和負極混料、塗布、輥壓、裁片或衝切、組裝、加註電解液的量、封口、化成等諸道工序的質量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質在電極上分佈的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現金屬鋰的析出；漿料細度太小會導致電池內阻過大。塗布加熱溫度過低或烘乾時間不足會使溶劑殘留，粘結劑部分溶解，造成部分活性物質容易剝離；溫度過高可能造成粘結劑炭化，活性物質脫落造成電池內部短路。

5、電池使用過程中的安全隱患

鋰離子電池在使用過程中應該儘可能減少過充電或者過放電，特別對於單體容量高的電池，因熱擾動可能會引發一系列放熱副反應，導致安全性問題。