成年18禁网站免费_av免费网站不卡观看在线观看_五十路丰满中年熟女中出_日韩精品啪啪不卡_欧美特色特黄视频_超碰在线天天_不卡无码人妻一区二区_成人爽片在线观看_国产精品一国产精品无码_老熟妇仑乱第一第二区

電池百科

公司新聞行業(yè)資訊電池百科常見問題
首頁新聞資訊電池百科

鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性與過充、高溫及短路安全性分析總結(jié)!

來源:藍泰陽作者:admin瀏覽次數(shù):973發(fā)布時間:2022-04-21 20:45:53

近年來關(guān)于鋰離子電池引發(fā)火災(zāi)甚至爆炸事故的報道屢見不鮮。鋰離子電池主要由負極材料、電解液和正極材料組成。負極材料石墨在充電態(tài)時化學(xué)活性接近金屬鋰,在高溫下表面的SEI膜分解,嵌入石墨的鋰離子與電解液、黏結(jié)劑聚偏二氟乙烯會發(fā)生反應(yīng)放出大量熱。
 
電解液普遍采用烷基碳酸酯有機溶液,該材料具有易燃特性。而正極材料通常為過渡金屬氧化物,在充電態(tài)時具有較強的氧化性,在高溫下易分解釋放出氧,釋放出的氧與電解液發(fā)生氧化反應(yīng),繼而釋放出大量的熱
因此,從材料的角度出發(fā),鋰離子電池具有較強的危險性,特別是在濫用的情況下,安全問題更為突出。
 
一、鋰離子電池材料熱穩(wěn)定性分析
 
鋰離子電池的火災(zāi)危險性主要由電池內(nèi)部各部分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)熱量多少決定。鋰離子電池的火災(zāi)危險性歸根結(jié)底取決于電池材料的熱穩(wěn)定性,而電池材料的熱穩(wěn)定性又取決于其內(nèi)部各部分之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。目前,人們主要借助于差示掃描量熱儀(DSC)、熱重分析儀(TGA)、絕熱加速量熱儀(ARC)等來研究電池相關(guān)材料的熱穩(wěn)定性。
 
1 負極材料熱穩(wěn)定性的影響因素 :
負極材料放熱的起始溫度隨顆粒尺寸的增加而增加。
用DSC對不同顆粒尺寸的嵌鋰天然石墨的熱穩(wěn)定性進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn),所有樣品都出現(xiàn)了3個放熱峰。樣品的第一個放熱峰位于150℃附近,而后兩個放熱峰出現(xiàn)的位置明顯不同,后兩個放熱峰的起始溫度隨顆粒尺寸的增加而升高。該研究表明,第一個放熱峰為SEI膜的分解,后兩個放熱峰為嵌鋰石墨與PVDF和電解液的反應(yīng)。
 
用ARC研究了石墨材料的比表面積與熱穩(wěn)定性的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)當石墨材料的比表面積從0.4平方米/克增加到9.2平方米/克時,反應(yīng)速率增加了兩個數(shù)量級。因此,碳負極材料的反應(yīng)速率隨比表面積的增大而增大。
 
不同結(jié)構(gòu)碳材料反應(yīng)的產(chǎn)熱量不同,石墨結(jié)構(gòu)比無定形碳結(jié)構(gòu)產(chǎn)熱量多。
用DSC對碳纖維、硬碳、軟碳和MCMB四種不同結(jié)構(gòu)碳材料的熱穩(wěn)定性進行了研究。研究發(fā)現(xiàn),四種碳的第一個放熱峰均出現(xiàn)在100℃,此放熱峰被認為是由SEI膜分解產(chǎn)生;隨著溫度升高到230℃,碳結(jié)構(gòu)與比表面積對材料熱穩(wěn)定性的影響逐漸顯現(xiàn),石墨結(jié)構(gòu)的碳電極材料(碳纖維、MCMB)比無定形結(jié)構(gòu)的碳電極材料 (軟碳、硬碳)產(chǎn)生的熱量更多。XRD顯示在230℃左右,嵌鋰量的損失總量與碳比表面積成線性關(guān)系。
 
2 正極材料熱穩(wěn)定性的影響因素:
正極材料與電解液反應(yīng)的起始溫度隨化學(xué)計量數(shù)的減小而升高。
用DSC研究了x的變化對正極材料LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4和LixC6與電解液的反應(yīng)的影響。通過研究得出結(jié)論:電解液和正極材料之間普遍存在放熱反應(yīng),當x值減小時,反應(yīng)溫度升至200~230℃范圍內(nèi),LixCoO2、LixNiO2、LixMn2O4材料都與電解液發(fā)生強烈的反應(yīng) 。
 
用ARC研究了LixCoO2的熱穩(wěn)定性。在臨界溫度以上,LixCoO2發(fā)生釋氧反應(yīng),并且釋放出大量的熱。當x=0.25時,放熱反應(yīng)起始溫度大概為230℃。李毅等在耐熱試驗中測得18650型LiCoO2的自然反應(yīng)溫度為170℃,表明發(fā)生分解反應(yīng)的起始溫度更低。因此可知,正極材料分解反應(yīng)的始溫度隨x的減小而升高。
 
正極材料中Ni的含量越高越不穩(wěn)定,Mn的含量越高越穩(wěn)定。
用DSC研究了Li1-xNi1-2xCoxMnxO2不同組分材料的熱穩(wěn)定性,結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著Ni含量的降低,Li1-xNi1-2xCoxMnxO2的放熱起始溫度與峰值溫度更高,產(chǎn)熱量更少。Maeneil等研究了幾種正極材料與1mol LiPF6 EC/DEC反應(yīng)的放熱量。
 
3 電解液熱穩(wěn)定性的影響因素:
有機溶劑DMC是造成電解液不穩(wěn)定的重要因素,而且DMC含量越高,電解液越不穩(wěn)定。
用DSC對溶解了1mol/L LiPF6的EC+DEC、EC+DMC、PC+DEC和PC+DMC混合溶劑的電解液在密閉容器中進行了研究,發(fā)現(xiàn)含DMC的電解液比含DEC的電解液更易發(fā)生反應(yīng) 。
 
電解液可使正極在更低的溫度下發(fā)生反應(yīng),而且電解液中不同的溶劑和鋰鹽適合不同的正極材料。
用ARC和XRD方法分別對Li0.5CoO2、LiMn2O4充電正極與電解液之間的放熱反應(yīng)進行了研究。研究表明,對于Li0.5CoO2粉末在溫度大于200℃時發(fā)生分解反應(yīng) ,析出氧氣,而和EC/DEC溶劑的放熱反應(yīng)出現(xiàn)在130℃,溶劑中加入LiPF6后,反應(yīng)得到抑制。對于LiMn2O4材料,在160℃發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變而放熱,溶劑存在對此反應(yīng)沒有影響。在電解液中加入LiPF6后,隨著LiPF6濃度的增加,LiMn2O4與電解液之間的反應(yīng)加劇 。
 
二、鋰離子電池濫用的安全性分析
 
鋰離子電池的安全性主要取決于電池材料的熱穩(wěn)定性,并且也與電池過充、針刺、擠壓和高溫等濫用條件密切相關(guān) 。
 
1 過充安全性分析:
過充試驗是模擬當充電器電壓檢測出現(xiàn)錯誤,充電器出現(xiàn)故障或用錯充電器時電池可能出現(xiàn)的安全隱患。
由過充引起的熱失控可能來自兩個方面:一方面是電流產(chǎn)生的焦耳熱,另一方面是正負極發(fā)生的副反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱。電池過充時,負極電壓逐漸升高,當負極的脫鋰量過大時,脫鋰過程也越來越困難,這導(dǎo)致電池的內(nèi)阻急劇增大,因此產(chǎn)生大量的焦耳熱,這在大倍率充電時更為明顯。過充狀態(tài)的高電壓正極氧化劑放出大量的熱,溫度升高后負極也會與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。當放熱速率大于電池的散熱速率,溫度上升到一定程度時,便會發(fā)生熱失控 。
 
Tobishim等比較研究了分別以LiCoO2和LiMn2O4為正極材料的鋁殼方形電池的過充性能,研究結(jié)果表明,LiCoO2電芯以電流為2C充電至電壓10V時會發(fā)生爆炸,而LiMn2O4電芯分別以2C/10V、3C/10V過充時均未冒煙、起火或爆炸,僅僅發(fā)生鼓脹,這說明Mn比Co具有更好的耐過充性能。Leising等研究了不同石墨配比量對LiCoO2電芯過充性能的影響,結(jié)果表明,電芯的過充性能主要取決于正極材料,不隨石墨量的增加而發(fā)生變化。這說明過充過程中金屬鋰在負極的析出并不是影響過充性能的關(guān)鍵,而是過度脫鋰的LiCoO2的熱穩(wěn)定性或電解液在其表面的氧化反應(yīng)。
 
2 高溫安全性分析 :
模擬環(huán)境高溫試驗可以采用熱箱試驗進行。熱箱試驗是模擬電池使用不當處于高溫下的情況,比如將手機放置在暴曬的汽車里,或者將手機或電子產(chǎn)品放入微波爐里,溫度可達130℃甚至到150℃。處于熱濫用時,熱源除了來源于電池內(nèi)部正負極材料及其與電解液的反應(yīng)以外,隔離膜在高溫下熔化收縮導(dǎo)致正負極短路,短路產(chǎn)生的焦耳熱也是熱箱試驗時的重要熱源。
 
溫度介于90~120℃時,多次充放電在碳負極表面形成的固態(tài)電解質(zhì)界面膜(SEI)的亞穩(wěn)定層首先發(fā)生分解放熱;隨著溫度的升高,隔膜吸熱先后熔化;當溫度在180~500℃,正極與電解質(zhì)發(fā)生強放熱反應(yīng)并產(chǎn)生氣體;SEI膜能阻止嵌鋰碳與有機電解液的相互作用,當溫度高于120℃時,SEI膜出現(xiàn)破裂便不能保護負極,負極材料可能開始與溶劑發(fā)生放熱反應(yīng)并產(chǎn)生氣體,當溫度升到240~350℃,含氟黏結(jié)劑開始與嵌鋰碳發(fā)生劇烈的鏈增長反應(yīng),放出大量熱量,負極與電解液的反應(yīng)可能會耗盡鋰,則此反應(yīng)不會發(fā)生;若溫度繼續(xù)升高到660℃ ,Al集流體將發(fā)生吸熱熔化。這些情況對于大型鋰離子動力電池非常危險,影響電池的壽命及安全。
 
3 短路安全性分析:
電池的短路分為外部短路和內(nèi)部短路。外部短路一般指的是正負極直接接觸造成的短路;內(nèi)部短路指的是當電池受到尖銳物體穿刺或者受到碰撞、擠壓時,造成電池內(nèi)部受到外物作用區(qū)域的短路。
 
外部短路安全性分析
外部短路安全性研究是通過導(dǎo)線將正負極在外部直接連接的方法來測試。李毅等進行了電池外部短路的研究,他們將研究對象鈷酸鋰18650型鋰離子電池、6芯筆記本電池 (6只18650型電池,3只串聯(lián)為1組,2組并聯(lián),去除保護電路)正負極用導(dǎo)線短路,將熱電偶貼在電池的表面來檢測電池表面溫度變化。用無紙記錄儀記錄電池表面的溫度曲線。
 
 
內(nèi)部短路安全性分析
電池內(nèi)部短路的安全性研究一般采用針刺、擠壓等方法來測試,目的是模擬電池被外物穿刺、碰撞、擠壓等情況。針刺造成電池在針刺點短路,短路區(qū)由于大量的焦耳熱而形成局部熱區(qū),當熱區(qū)溫度超過臨界點時將引發(fā)熱失控,發(fā)生冒煙、起火甚至爆炸的危險。擠壓與針刺類似,都是造成局部內(nèi)短路而可能引起熱失控。不同的是,擠壓 不一定會造成電池殼體的破壞,殼體沒有破壞就意味著易燃的電解液不會從熱區(qū)處泄漏,熱區(qū)處向外散熱效果較差一些 。
 
通過擠壓與針刺等引起電池局部內(nèi)短路的測試往往比通過電池外短路測試要難得多,這是因為電池外部短路時電池內(nèi)部往往是均勻放熱,外部短路電池所產(chǎn)生的焦耳熱不 會直接觸發(fā)電池的熱失控反應(yīng)。
 
針刺和擠壓等測試條件對測試結(jié)果影響較大, 這是因為不同條件下的針刺和擠壓測試所導(dǎo)致的內(nèi)部短路情況不同,內(nèi)部短路電阻的大小對短路區(qū)產(chǎn)熱功率有較大的影響。
電池內(nèi)部短路的形式有4種:
(1)Al集流體與負極材料 (LiC6、C6)之間;
(2)Al集流體與Cu集流體之間;
(3)正極材料與LiC6之間 ;
(4)正極材料與Cu集流體之間。
通過建立電池電化學(xué)有限元熱模型,對這4種短路情形下電池內(nèi)部的放熱功率和電池溫度進行了系統(tǒng)的模擬與分析,并設(shè)計了相應(yīng)的試驗來進行驗證。結(jié)果表明,Al集流體和充電石墨之間的短路是最危險的,因為這種情況下短路電阻小,電流大,熱功率高,熱量傳導(dǎo)、散熱比較慢,而且碳負極的活性高,所以容易造成后續(xù)一系列的電、化學(xué)反應(yīng),以致釀成事故 。
 
三、結(jié)語
 
通過對鋰離子電池負極材料、正極材料和電解液進行熱穩(wěn)定性分析,總結(jié)了影響鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性的主要因素,對鋰離子電池在過充、外部高溫及短路等濫用時的火災(zāi)危險性進行詳細分析,為鋰離子電池的安全使用提供了參考。當更多的人關(guān)注到鋰離子電池本身的材料危險性,同時加強對鋰離子電子生產(chǎn)、儲存和使用各環(huán)節(jié)的安全管理,鋰離子電池火災(zāi)就會大大減少。

新品展示查看更多
品類推薦
聚合物鋰電池鋰離子電池磷酸鐵鋰電池鎳氫電池鋰二氧化錳電池鋰亞硫酰氯電池圓柱形電池方形軟包電池超薄鋰電池異形電池方形電池組扣式電池聚合物鋰電池鋰離子電池磷酸鐵鋰電池鎳氫電池鋰二氧化錳電池鋰亞硫酰氯電池
相關(guān)資訊最新資訊查看更多
  • 電池組失效模式與影響分析

    電池組失效模式與影響分析FMEA是質(zhì)量分析和可靠性分析都會用到的工具。FMEA是一個工具,它可以系統(tǒng)地分析產(chǎn)品和工藝過程中潛在的失效及其可能性評估其產(chǎn)生的危險,預(yù)測可能產(chǎn)生失效的區(qū)域以降低風(fēng)險。當然這...

    2023-03-24

  • 鋰電池可靠性設(shè)計和維護設(shè)計

    可靠性設(shè)計和維護設(shè)計與其他的工程領(lǐng)域一樣,DFR和DFS(DesignforService,維護設(shè)計是非常重要的產(chǎn)品設(shè)計要素,這兩個要素在電子器件安全保障的設(shè)計初期就必須與鋰離子電池作為一個整體考慮??煽啃栽O(shè)計是一...

    2023-03-21

  • 鋰離子電池

    鋰離子電池基于德州大學(xué)奧斯汀分校JohnGoodenough教授的研究,索尼公司在1991年將鋰離子電池商業(yè)化。迄今為止,離子電池已經(jīng)成為世界上產(chǎn)量最大的電池。在2013年,離子圓柱形電芯生產(chǎn)量約6.6億AH(安時),軟...

    2023-02-21

  • 鋰電池計算公式總結(jié)

    計算公式總結(jié)下面是本章所介紹公式的總結(jié)列表?;谶@些公式,我們可以對設(shè)計電池進行基礎(chǔ)的理論計算,從而對儲能系統(tǒng)的性能有大致的了解。電壓V計算公式:V=I×RV=電流I計算公式:I=V/RI2=P/RI=P/V...

    2023-02-20

  • 電網(wǎng)用電池系統(tǒng)的計算

    電網(wǎng)用電池系統(tǒng)的計算上述相同的計算、公式和過程可用于評估和調(diào)整用于大型電網(wǎng)或固定系統(tǒng)的基于電池的能量存儲系統(tǒng)。大多數(shù)電池制造商面臨的挑戰(zhàn)是,從這些類型應(yīng)用的信息需求的數(shù)量和水平通常比一個大型汽...

    2023-02-16

  • 將客戶需求轉(zhuǎn)換為電池組設(shè)計

    將客戶需求轉(zhuǎn)換為電池組設(shè)計經(jīng)過上述講解,我們已經(jīng)對各類公式進行了簡單的介紹。在鋰離子電池組裝工藝過程中,需要把這些公式放在一起使用。在此,我們簡單地論述消費者對電池的要求??蛻魧﹄姵氐囊罂梢?..

    2023-02-15

  • 計算鋰電池充電電壓

    計算鋰電池充電電壓最高充電電壓等于串聯(lián)的電芯的數(shù)目乘以每個電芯的最高充電電壓(由制造商規(guī)定的):96cellsx4.2Vmax=403V最高充電電壓最低放電電壓與此計算類似,串聯(lián)的電芯數(shù)目乘以電芯制作商規(guī)定的最低放...

    2023-02-15

  • 鋰電池功率與能量的比值

    鋰電池功率與能量的比值功率/能量比是許多客戶和系統(tǒng)設(shè)計者用來快速評估某種技術(shù)對其應(yīng)用的適用性的一個快速數(shù)字(譯者注:即倍率,C-rate)。高功率應(yīng)用,例如:12V啟/停型汽車電池,其比功率的數(shù)值(w/kg)通常...

    2023-02-14

  • 最大持續(xù)放電電流

    最大持續(xù)放電電流系統(tǒng)可以提供的最大持續(xù)放電電流的計算方法為:電芯并聯(lián)的數(shù)目(Np)乘以電流(Ic),然后再乘以最大倍率(CMax)。另外一種計算方法,是從制作商的數(shù)據(jù)清單里得到電芯的最大放電電流,然后再乘以...

    2023-02-13

  • 計算電池系統(tǒng)功率

    計算系統(tǒng)功率考慮到這些基本的計算,我們也可以深入挖掘并了解系統(tǒng)能提供多少能量。除了上面所示的基于歐姆定律的公式外,在計算中也可以使用這幾個公式來計算功率和使用功率(以瓦特計算)。在這種情況下,我...

    2023-02-10

  • 計算電池組壽命終端時的能量

    計算電池組壽命終端時的能量假設(shè)你可以使用100%的電池能量來達到這個范圍,實際上,你只能使用電池能量的80%~90%,這取決于電池的選擇和使用情況。這意味著25kWh必須是在該系統(tǒng)設(shè)計中可用的能量。換言之,...

    2023-02-09

  • 計算電池組的能量和容量

    計算電池組的能量和容量如何計算電池組的能量(E)。假設(shè)我們需要一個25kW的電池組,電池組能量與電池組的電壓(Vp)和容量(Ip)存在如下關(guān)系:Ep=Vp×Ip假設(shè)使用的3.7V的NMC電芯,共計96個,串聯(lián)后的電池...

    2023-02-08

  • 計算電池組所需的電池單體數(shù)量

    計算電池組所需的電池單體數(shù)量首先介紹電池組設(shè)計過程中如何計算需要多少個電芯以滿足所需要的電壓和電流。系統(tǒng)需要的電壓一般取決于系統(tǒng)的電動機。擁有電池組目標電壓,很容易計算出需要多少電芯才能滿足系...

    2023-02-07

  • 歐姆定律和基本的電池計算

    歐姆定律和基本的電池計算雖然電池組設(shè)計需要用到很多公式,但是歐姆定律是最重要、最基礎(chǔ)的公式。歐姆定律描述的是電壓、電流以及電阻三者之間的關(guān)系由于電壓和電流是電池中為數(shù)不多的可以測量的物理量(可...

    2023-02-07

  • 鋰聚合物電池壽命定義

    鋰聚合物電池壽命定義在環(huán)境溫度下,電池以0.2C充電,電池端電壓達到充電限制電壓時改為恒流充電,直到充電電流小于20mA時停止充電,擱置0.5-1,再去以0.2C電流放電至終止電壓.放電截止后,再擱置0.5~1H.再...

    2022-06-06

  • 鋰聚合物電池禁止事項注意

    鋰聚合物電池禁止事項:1.不可將電池置于火中。2.不可將電池充電器正負極反接。3.不可將電池短路(P+、P-)。4.避免電池過度沖擊和震蕩。5.不可拆解或扭曲電池。6.不可浸入水中。7.不可將該電池與其他種類和...

    2022-06-06

  • 冬季更容易出現(xiàn)電池失效的原因是什么?

    冬季更容易出現(xiàn)電池失效的原因是什么?冬季是車輛不易啟動的高發(fā)季節(jié),尤其是在寒冷的早晨,更容易出現(xiàn)“趴窩”的現(xiàn)象。為什么到了早晨想要出門卻啟動不了車輛?最常見的原因就是蓄電池失效了。...

    2022-02-06

  • 科學(xué)家發(fā)明了可以用15年的廉價電池

    2022-02-06

  • 鋰聚合物電池鼓包脹氣的原因

    鋰聚合物電池鼓包脹氣的原因:聚合物鋰離子電池芯采用的是鋁塑複合膜的包裝技術(shù),當電池芯內(nèi)部由于異?;瘜W(xué)反應(yīng)的發(fā)生而產(chǎn)生氣體時,Pocket會被充起,電池芯鼓脹(有輕微鼓脹和嚴重鼓脹兩種情況),且不論外...

    2022-02-06

  • 計算電池組壽命終端時的能量

    計算電池組壽命終端時的能量假設(shè)你可以使用100%的電池能量來達到這個范圍,實際上,你只能使用電池能量的80%~90%,這取決于電池的選擇和使用情況。這意味著25kWh必須是在該系統(tǒng)設(shè)計中可用的能量。換言之,...

    2023-02-09

  • 計算電池組的能量和容量

    計算電池組的能量和容量如何計算電池組的能量(E)。假設(shè)我們需要一個25kW的電池組,電池組能量與電池組的電壓(Vp)和容量(Ip)存在如下關(guān)系:Ep=Vp×Ip假設(shè)使用的3.7V的NMC電芯,共計96個,串聯(lián)后的電池...

    2023-02-08

  • 計算電池組所需的電池單體數(shù)量

    計算電池組所需的電池單體數(shù)量首先介紹電池組設(shè)計過程中如何計算需要多少個電芯以滿足所需要的電壓和電流。系統(tǒng)需要的電壓一般取決于系統(tǒng)的電動機。擁有電池組目標電壓,很容易計算出需要多少電芯才能滿足系...

    2023-02-07

  • 冬季更容易出現(xiàn)電池失效的原因是什么?

    冬季更容易出現(xiàn)電池失效的原因是什么?冬季是車輛不易啟動的高發(fā)季節(jié),尤其是在寒冷的早晨,更容易出現(xiàn)“趴窩”的現(xiàn)象。為什么到了早晨想要出門卻啟動不了車輛?最常見的原因就是蓄電池失效了。...

    2022-02-06

  • 科學(xué)家發(fā)明了可以用15年的廉價電池

    2022-02-06