Open Journal of Nature Science 自然科学, 2018, 6(5), 391-394
Published Online September 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/0f2297474.html,/journal/ojns
https://https://www.doczj.com/doc/0f2297474.html,/10.12677/ojns.2018.65050
Analysis of the Main Factors Affecting the
Safety of Lithium Ion Batteries
Haowen Liu
School of Chemical Materials Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan Hubei
Received: Aug. 20th, 2018; accepted: Aug. 31st, 2018; published: Sep. 7th, 2018
Abstract
Currently, safety issue is one of the bottlenecks in the development of lithium ion batteries from portable products to power batteries and large-scale energy storage technologies. This paper briefly introduces the influence of cathode, anode, cell separator, electrolyte and the use of battery on the safety of lithium-ion batteries. It is concluded that use and storage is a key factor in the ac-cident of lithium ion battery.
Keywords
Lithium Ion Batteries, Safety, Influence Factors
浅析影响锂离子电池安全性的
主要因素
刘浩文
中南民族大学化学材料科学学院，湖北武汉
收稿日期：2018年8月20日；录用日期：2018年8月31日；发布日期：2018年9月7日
摘要
当前，安全是锂离子电池从便携式产品向动力电池和大规模储能技术发展的瓶颈之一。本文从正极、负极、隔膜、电解质和电池使用方式五个方面简要介绍对锂离子电池安全性的影响，总结出电池的使用方式和存放环境是引起锂离子电池发生事故的一个关键因素。
刘浩文
关键词
锂离子电池，安全性，影响因素
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1. 引言
与传统二次电池相比，锂离子电池具有能量高、重量轻、循环性能好、无记忆效应等优点，因而自1991年首个商业锂离子电池诞生以来，在短短十多年的时间内，锂离子电池就占据了手机、照相机、剃须刀、手电筒和笔记本等便携式移动电子设备领域。近年来，基于化石燃料的枯竭和环境污染，科学家正努力将锂离子电池应用于汽车、航天器和智能电网。以我国为例，截至2017年底，动力电池装机总电量约24.65 GWh，同比增长23%。2017年2月，国务院多个部门联合发布《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，提出到2020年，新型锂离子动力电池单体比能量超过300瓦时/公斤；到2025年，单体比能量达500瓦时/公斤。到2020年，动力电池行业总产能超过1000亿瓦时，形成产销规模在400亿瓦时以上、具有国际竞争力的龙头企业。然而，所有这些雄心勃勃的目标，都受阻于一个瓶颈：电池的安全性能。如韩国三星旗舰智能手机Galaxy Note 7在首次发布后短短一个多月，发生三十多起因电池缺陷造成的爆炸和起火事故，直接导致这款新手机停止生产，损失惨重。我国民航局规定每名旅客手提携带锂金属电池的锂含量不得超过2克，锂离子电池的额定能量值不得超过100 Wh (瓦特小时)。那么一个应用如此广泛的设备，如何产生这么大的危害呢？在充电时，锂离子从正极脱出，经电解液穿过隔膜，嵌入负极，放电时则相反。因此，本文从正极、负极、隔膜、电解液以及电池的使用方式五个角度出发，对引起锂离子电池安全性的几个因素进行一个简要分析。
2. 正极
当前，常见的正极主要包括LiCoO2，LiFePO4，LiMn2O4和LiNi x Co y Mn1?x?y O2 (三元化合物)，热力学稳定性和放热量顺序依次为LiFePO4 > LiMn2O4 > LiNi x Co y Mn1?x?y O2 > LiCoO2。LiCoO2和三元化合物热稳定性差，放热量分别为770和570 J?g?1，远高于LiFePO4和LiMn2O4的发热量(150/230 J?g?1)，所以，LiFePO4是安全性最好的正极材料，而三元化合物具有容量高，成本低，环境污染小，可以大电流充放电等优势，相比导电率小的LiFePO4和容量低、循环性能差的LiMn2O4，是最有希望大规模应用的正极材料[1]。然而三元化合物放热量高，热稳定性差[2]。充电超过4.4 V时，Ni和Co离子不再被氧化，与之结合力不强的氧将失去，发生析氧反应[3]。这些析出的以原子状态存在的“初生态氧”，活泼性强，与电解质、锂和碳的化合物反应放热，进一步加剧电极的分解，产生更多的氧气和热量，形成高内压，引发一系列链式反应，温度升高，超过电池设定的安全值，就出现燃烧甚至爆炸等危险情况[4]。文献认为，这些副反应产生的气体90%以上是氧气[5]，因此，抑制析氧反应，是改善三元化合物安全性能的一个关键。
3. 负极
锂离子电池最初以金属锂为负极，即锂电池，这类电池在过度放电时，容易产生枝晶锂，刺穿隔膜导致电池短路甚至起火爆炸，因此，目前商业锂离子电池负极材料一般采用碳材料代替金属锂，如石墨，
刘浩文
炭微球，软碳和硬碳，从而将充放电过程中锂在负极表面的沉积和溶解转变为锂在碳颗粒中的嵌入和脱出。碳层的间距影响着锂离子扩散速率，碳层间距越小，锂离子扩散阻力越大，极化越强，在过度放电时，电解液与嵌锂碳反应放热，其中嵌锂人造石墨反应的放热速率明显高于嵌锂的焦碳、碳纤维和碳微球等的反应放热速率[6]。另外，充放电过程中，在负极表面生成固体的电解质膜(SEI)，在高温下受热分解放热量为257 J?g?1[7]，从而增加了负极的“燃烧”速度，可以添加成膜添加剂或锂盐增加SEI膜的热稳定性。
4. 电解液
锂离子电池使用的电解液溶剂主要是碳酸二乙酯，碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸二甲酯等碳酸酯类有机化合物的混合物，这些化合物容易分解和氧化，着火点低，遇火极易燃烧。其中线性碳酸酯能提高电池的充放电容量和循环寿命，但是他们的闪点较低，在较低的温度下即会闪燃，潜藏着很大的安全问题。而且体积比为1:1的碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯/碳酸二乙酯分解电压依次为4.25、5.1和4.35 V，这些不同的分解电压也是影响电池安全性能差异的另外一个因素。所以，选用高沸点、高闪点以及介电常数的环状碳酸酯，或含有S、N、F等元素的有机溶剂，是提高锂离子电池的安全性能一个途径。此外，电解液中可以加入阻燃型添加剂，在受热升温时释放出具有阻燃性能的自由基，吸收因电池滥用产生的气体中的氢自由基或氢氧自由基，从而阻止链式反应，减少或避免有机电解液燃烧，提高电池的安全性能[8]。
5. 隔膜
锂离子电池中的隔膜既需要避免正负极接触，又不影响锂离子和电子扩散。因此，前者对隔膜纸的厚度、热力学稳定性、绝缘性能及热闭合温度和熔融温度提出要求，防止形成枝晶锂刺破隔膜，产生危险[9]。高飞等采用锥形量热仪技术发现石墨和隔膜是影响电池燃烧行为的主要因素，隔膜的不完全燃烧产生烟气的。作者采用层次分析法计算认为锂离子电池火灾的主要危险源是隔膜，其次是负极、正极[10]。后者则需要隔膜具有合适的孔径、孔率和分布。一般孔径小于10 nm的，孔率为40%左右且分布均匀的隔膜纸，具有优异的离子导电能力[6]。此外，隔膜需要有足够的化学稳定性和抗穿刺能力，以及高温条件下优良的自动关断保护功能。
6. 电池的使用
针对以上发生的电化学反应和热力学反应，产生锂离子电池爆炸等热失控的严重后果，因此在出厂前，通过选择热稳定高的电极活性材料和电解质，去除水分，提高电池的密封性，设计在120℃~130℃的温度下熔化而切断电流的隔膜，加装一旦电池内部压力达到设定值即可切断电流的电流断流装置和可逆的PTC (Positive Temperature Coefficient)元件安全装置等等措施后，发生事故的概率在0.2~0.5 ppm之间，超过了品质管理方法“六西格玛”的管理极限[11]。然而，锂离子电池的爆炸事故时有发生，因此，电池的使用方式也是导致危险的一个重要因素。首先是过度充电(过充)和过度放电(过放)，产生的热量不能及时散去，将促进电池内部温度发生更多副反应，引发更多热力学问题。如120℃时隔膜上的孔径会减小甚至闭合[12]，产生热传递的滞后效应，进一步推动温度升高。130℃时，负极表面的固体电解质膜会分解，负极和电解液接触的面积增大，热量聚集更快，电池内部温度迅速升高，严重的有可能会达到铝集流体熔化的高温(>700℃) [13]。其次是摔打，挤压，碰撞、跌落、冲击或强力震荡锂离子电池，可能会导致电池极片上的活性物质剥落，或者是某些部位的接线或焊点等折断、脱落，从而引发电池(组)的短路，在短时间内积累大量热，伴随着副反应产生的可燃性气体，极易燃烧甚至爆炸。因此，严格按照说明规范使用电池，是减少热失控的一个重要手段。
刘浩文
7. 结论
随着电子产品的普及和动力电池的发展，锂离子电池应用更加广泛。引起便携式电池的安全问题主要在于规范使用，尽量避免过充和过放，以及摔打，而动力电池在追求容量高、寿命长、价格低等高性能的同时，正极材料和使用环境引起的安全问题就更多一些。总之，一方面需要科研工作者开发新材料和新技术，进一步完善锂离子电池的安全技术，另一方面也需要消费者严格按照要求合理使用电子产品，以确保生命和财产的安全。
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车用锂离子动力电池系统的安全性剖析 国家大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生，困扰着电动汽车的发展。动力电池安全性事故的常见形式及成因是什么？又该采取怎样的防范措施？小编带你一览要点。 1 动力电池安全性问题 锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1 所示。 表1 近年发生的锂离子动力电池事故 图1 近年来部分锂离子动力电池事故 锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次（图2）。 1）电池系统安全性的“演变”。即电池系统长期老化——“演化”（事故1、2、3、5、7）和突发事件造成电池系统损坏——“突变”（事故4、6）。 2）“触发”——锂离子动力电池从正常工作到发生热失控与起火燃烧的转折点。 3）“扩展”——热失控带来的向周围传播的次生危害。
图2 动力电池系统安全性问题的层次 2 动力电池安全性演变 2.1 “演化”与“突变” 电池系统长期老化带来的可靠性降低，演化耗时长，可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化；相比而言安全性突变难以预测，但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。 2.2 安全性演化机理 电池系统任何部件的老化都可能带来安全事故的触发，如事故1、7。除此之外，电池本身的安全性演化主要表现为内短路的发展。电池内部的金属枝晶生长是造成内短路的主要原因之一。值得一提的是，老化电池的能量密度降低，热失控造成的危害可能会降低；另一方面老化电池更容易发生热失控。 图3 锂离子电池内部金属枝晶的生长与隔膜的刺穿
3 电池安全事故触发 3.1 热失控机理 经过演变过程，电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后，电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控，引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中，也可能不发生热失控，热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸，也可能都不发生，这取决于电池材料发生热失控的机理。 图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。 图4 某款三元锂离子动力电池热失控实验数据（实验仪器为大型加速绝热量热仪，EV-ARC） 图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理 表2 某款锂离子动力电池热失控的分阶段特征与机理
锂电池的安全性设计参考 文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
锂电池的安全性设计参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在 单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元 件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度 过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当 温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解 掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设 置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升 到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全 性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些 原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全 阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。
一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。
Open Journal of Nature Science 自然科学, 2018, 6(5), 391-394 Published Online September 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/0f2297474.html,/journal/ojns https://https://www.doczj.com/doc/0f2297474.html,/10.12677/ojns.2018.65050 Analysis of the Main Factors Affecting the Safety of Lithium Ion Batteries Haowen Liu School of Chemical Materials Science, South-Central University for Nationalities, Wuhan Hubei Received: Aug. 20th, 2018; accepted: Aug. 31st, 2018; published: Sep. 7th, 2018 Abstract Currently, safety issue is one of the bottlenecks in the development of lithium ion batteries from portable products to power batteries and large-scale energy storage technologies. This paper briefly introduces the influence of cathode, anode, cell separator, electrolyte and the use of battery on the safety of lithium-ion batteries. It is concluded that use and storage is a key factor in the ac-cident of lithium ion battery. Keywords Lithium Ion Batteries, Safety, Influence Factors 浅析影响锂离子电池安全性的 主要因素 刘浩文 中南民族大学化学材料科学学院，湖北武汉 收稿日期：2018年8月20日；录用日期：2018年8月31日；发布日期：2018年9月7日 摘要 当前，安全是锂离子电池从便携式产品向动力电池和大规模储能技术发展的瓶颈之一。本文从正极、负极、隔膜、电解质和电池使用方式五个方面简要介绍对锂离子电池安全性的影响，总结出电池的使用方式和存放环境是引起锂离子电池发生事故的一个关键因素。
锂离子动力电池的安全性问题分析 （） 摘要：本文从锂离子电池材料和制作工艺两个方面分析影响锂离子电池安全性能的因素，并进一步分析锂离子电池组安全性的关键问题。 关键词：锂离子电池；安全性能；热稳定性；影响因素 Power type lithium ion battery safety problem analysis (Electrical Engineering College, Longdong University, Qingyang 745000, Gansu, China) Abstract:This article from the lithium ion battery materials and production process analysis of two aspects of influence of lithium ion battery safety performance factors, and further analysis of lithium ion battery safety problems. Key words:Lithium ion battery; Safety performance; Thermal stability; Influence factors. 0 引言 锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。锂离子电池是最晚研究而商品化进程最快的一种高性能电池。锂离子电池以其独特的优势目前以成为各个领域广泛应用的新能源。锂离子电池具有电压高、比能量高、循环性能好等特点，越来越广泛应用发的3C市场领域、电动车(EV)和混合型电动车(HEV)市场领域、军事用途及空间技术领域。虽然，锂离子二次电池的安全性相对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，比如：由于电池的比能量高，且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。根据Ph.Biensan等的研究证明：锂离子电池在滥用的条件下有可能产生使铝集流体熔化的高温(>700℃)，从而导致电池出现冒烟、着火、爆炸、乃至人员受伤等情况。因此对锂离子电池的研制和生产来说，电池的安全性不仅是指在各种测试条件下不出现冒烟、着火、爆炸等现象，最为重要的确保人员在电池滥用的条件下不受伤害。 1 锂离子电池的几代变革 第一代锂离子电池：负极：锂金属，工作电压高达3.7。由于直接以极其活跃的金属锂作为负极，安全隐患太大已经被淘汰。
关于爆炸的文章 锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。 锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。 保护措施 锂电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜 纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，让使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。 锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V 放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。 充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。 因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。 爆炸类型分析
锂电池生产厂易忽视的安全问题及安全对策措 施 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
锂电池生产厂易忽视的安全问题 主要危险因素及相应的安全对策措施 近来,在工作中发现,我国锂电池生产企业对锂电池生产中的安全问题认识不足,主要表现在: ①电池液的毒性认识不足,许多企业不知道电池液是有毒的; ②对锂电池的火灾、爆炸危险性认识不足。下面介绍并分析锂电池生产、储存过程中 的毒性危险和火灾、爆炸危险性。 1、中毒危险电池液中一般含有六氟磷酸锂以及作为溶剂使用的碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯。六氟磷酸锂是有毒物质,而上述碳酸酯类物质化学性质则比较稳定,没有被列入有毒物质类,但是可燃。六氟磷酸锂是电池液中 的重要成分,国内及一些国外出品的六氟磷酸锂没有说明其毒性,但据国际知名的 sigma-aldrich(西格玛公司)制定的六氟磷酸锂《化学品安全技术说明书》(CSDS),说 明了其毒性。六氟磷酸锂的性质简述如下:分子式:LiPF6;燃烧性:不燃(0);毒性:中等(2);剌激性:中等(2);化学活性:低(1);慢性影响:中等(2);TLV-TWA:m3(ACGIH)。括号 内的数字表示分级,从0到4共分5级。 TLV-TWA是美国卫生医师协会推荐的时间加权平均浓度的最高允许值。六氟磷酸锂:白色粉末,吸湿性强,遇水易分解;进入体内可损害健康,多次接触可产生累积的毒性效应,呼吸道、眼、皮肤可受到损伤。一些国内企业出品的六氟磷酸锂,产品说明中注明 含氟化氢(也称为氢氟酸)≤10-4。氟化氢为高毒物质,具有强烈的腐蚀性,损伤呼吸 道、眼、皮肤,可引起支气管炎和肺炎,吸收后可产生全身的毒作用。六氟磷酸锂分解 后的产物是高毒性的,应引起注意。韩国三星公司电解液包装桶上标签注明其应在30℃
对锂离子电池的安全性评判 近年来多起电动汽车着火事件的曝光，使得人们对电动汽车尤其是是锂离子电池的安全性问题越来越关注。当然这不是说电动汽车的安全性就很差，普通汽油车也容易发生起火事件，特别是夏天，只要留心就会发现汽油车的自燃事件发生也不在少数，但是我们也希望能从锂离子电池安全设计上避免类似的事故发生，毕竟人的安全是大于一切的，就如同那句话说的"人是万物的尺度"。 目前我们对锂离子电池安全性的评判还停留在一个较为初级的阶段，判断标准比较模糊，只能判断电池危险程度的几个明显的点，但实际上锂离子电池从完全安全状态转变到完全危险的状态是一个连续变化的曲线，也就是说现在的评判体系无法判断两个状态之间的电池安全状态，这就形成了一个电池安全状态的盲区，因此对锂离子电池的安全性评判函数化、数字化就显得尤为重要，特别是对于动力电池在电动汽车上的应用有着重要的意义。 目前针对锂离子电池安全性常用的标准为欧洲汽车研究发展理事会制定的危害等级分类。该危险级别分类表将电池风险等级共分为0-7八个级别，级别越高电池越危险。 例如6级表明电池发生起火但未发生爆炸，而最高的7级表明电池不仅发生了起火，还发生了危险的爆炸。为了保证操作人员的安全，需要将危险级别控制在4以内，也就是说电池不发生破裂、起火和爆炸。 首先我们要树立一个概念，安全性与滥用是相对立的，增加滥用强度，则必然降低电池系统的安全性。目前大多数针对锂离子电池安全性描述，都是基于经验的总结，缺乏数字性质的准确描述。
为了将电池风险数字化，Ashtiani发明的风险模式和风险分析(HMRMA)模型，该模型主要由两个中要参数组成风险严重程度Hs和风险概率HL。 其中Hs值为0-7代表风险的严重程度，HL值为1-10表示风险发生的可能性，代表每100万件样品中发生风险的数量。为了降低风险HR的值，可以选择降低Hs或者HL，或者我们也可以引入一个新的变量风险控制Hc，因此上式就可以转变为，其中Hc的值的范围为0-1，完全不控制Hc为1，完全控制则Hc为0。 电池的风险随着电池的使用状态是在不断的发生变化的，为了体现这种变化，Lu等基于电池电压和使用温度探讨了电池使用安全性问题，并引入了功能状态函数SOF，该函数主要有电池充电状态SOC和电池安全状态SOH，以及电池的输出功率有关。 其中P(t)为电池输出的瞬时功率，Pd为瞬时需求功率，Pmax为电池全新状态时最大输出功率。其中P(t)=Pmax·SOC(t)·SOH(t)，其中SOH(t)可以根据电压的值来确定，如下式所示，其中V(t)为瞬时输出电压，Vd为负载最小需求电压，Vlim为电池全新状态时搭载负载最小出输出电压。 该系统能在铅酸电池上良好运行主要依赖于铅酸电池SOC与电压之间良好的线性关系，但是对于锂离子电池SOC与电压之间并不是完全的线性关系，因此需要做适当的修正。 本文上篇的内容主要介绍了一些目前学者们针对锂离子电池安全性模型的研究成果，下篇将结合18650电池的安全实验数据，介绍推导和使用电池安全性模型方法。
浅谈锂电池厂房的环境控制 摘要：根据锂电池生产的特性，大气环境中的水分、浮土、尘埃等都会妨碍锂 电池的生产。在锂电池的制造过程中，锂电池里原材料中一旦有空气中的水分进入，就会影响锂电池的安全，严重地一般会引起锂电池鼓包甚至爆炸；而大气环 境中的浮土、尘埃则会引起锂电池的短路。所以在锂电池的生产过程中需要严格 有效控制空气中的水分、浮尘埃、颗粒。故锂电池厂房建设最关键的一环节就是 有效的进行除湿净化对锂电池的生产环境。伴随着国家对锂电池行业的支持以及 众多锂电池公司的投资新建和扩产，随着消费者对锂电池安全性的要求不断提高，国内各大锂电池公司对生产车间的环境控制要求也相应越来越高。 关键词：定义；低露点；除湿净化；吸附转轮除湿；节能减耗；成本控制 引言 做好锂电池厂房的环境控制需要做的有很多，涉及面也很广，而我这次要讨 论是其中的几个重点：除湿净化、除湿的方法、如何节能减耗和成本控制等，也 通过我以往接触的实际项目案例来阐述和分析以上几个问题，希望能对银行的锂 电池厂房建设和生产中的环境控制作出一些参考意义。 一、锂电池厂房的环境特点 锂电池材料最害怕的是的空气中的水分、浮尘埃、颗粒，其中影响和危害最 大的是水分，因此锂电池生产设备和生产线必须要置于低湿度洁净室内。而目前 国内通用的降低湿度的方法就是利用除湿机把生产车间里的空气湿度降低到生产 所需的低湿度范围内。锂电池的制造过程中，锂电池里原材料中一旦有空气中的 水分进入，就会影响锂电池的安全，严重地一般会引起锂电池鼓包甚至爆炸；而 大气环境中的浮土、尘埃则会引起锂电池的短路。 二、环境控制的关键-除湿净化 目前按原材料和生产的安全性、经济性等考虑：锂电池生产车间的湿度控制 梯段一般建议为（具体湿度控制会有少许差异，应根据各电池企业实际情况来进 行操作），同时除湿循环运作也需要控制工序的停留时间：相对湿度≦30%车间（如搅拌、涂布机头、机尾等）；相对湿度≦20%车间（如辊压、制片、烘烤等）；相对湿度≦10%车间（如叠片、卷绕、装配等），露点温度≦-45℃车间 （如电芯烘烤、注液、封口等）。 因为锂电池生产设备一般较大、产线也较长，导致生产车间也相应的空间较 大从而制冷负荷大，除湿机组设计选型以及就位地点选择是必须要综合计算全空 间内的总湿度（水分）和冷负荷，同时考虑到节能减排的需求，站房内应该统一 设置冷水机组、泵和换热装置等设备，并且为后期可能的扩产扩建预留管路和阀门，再通过冷冻水管分区输送冷源。 还有锂电池生产厂间的洁净室与其它行业的洁净室最大的不同点就是对生产 环境中湿度控制要求较高（温度要求低露点），因此空调机组都必须带有除湿段，除湿空调机组是降低环境露点的关键设备；目前在锂电池的生产制造过程中，锂 电池生产厂间的洁净室内部空气所要求-35℃至-40℃范围内的露点温度是较难控 制稳定住的。况且要生产就肯定生产员，而且电池行业产线又较长会导致大量的 工作人员一直在电池生产线上体力操作，这时候生产人员也肯定散发出比平时更 多湿气，该部分湿气多多少少肯定会从洁净服中漏出，因此该部分湿气则必须要 及时吹扫干净，所以就会对除湿机组性能要求更高：一般电池行业肯定都选择稳 定性好（能够连续运转）和除湿量大的机组，最好能产生在-50℃~ -60℃露点（精
锂离子动力电池安全性问题影响因素... 影响动力电池安全性能的因素贯穿了一个动力电池从电芯选材到使用终结的生命周期的始终，因此原因复杂多样层次丰富。电芯材料本身，电芯的制造过程，电池集成中关于BMS(电池管理系统)和安全性方面的设计和使用工况都是锂离子电池安全性表现的影响因素。 在这些环节中，出现制造误差和滥用工况是无论如何也难以避免的，所以在这个现实条件下，对电池发生热失控的预案设计就显得尤其重要。本文通过对锂离子动力电池安全性能影响因素的梳理总结，以期为其在高能量/高功率领域的应用和研究提供可靠的依据。 1前言 锂离子电池因为其具备高能量密度，高功率密度和长使用寿命的特点，在化学储能器件中脱颖而出，现在在便携式电子产品领域已经技术成熟广泛应用了，如今在国家的政策支持下，在电动车领域和大规模储能领域的需求量也呈爆发式的增长。 锂离子电池在通常情况下是安全的，但是，时有安全性事故的报道呈现在公众面前。比较著名的有近几年的波音公司737 和B787飞机电池着火，比亚迪电动车起火，特斯拉MODEL S起火…这些锂离子电池安全性事故进入公众视野的最早时间可以追溯到4、5年以前。发展到现在，安全性仍然是制约锂离子电池在高能量/高功率领域应用的关键性因素。热失控不仅是发生安全性问题的本质原因，也是制约锂离子电池性能表现的短板之一。
锂离子电池的潜在安全性问题很大程度上影响了消费者的信心。虽然人们一直期待BMS能够准确地监控安全状况（SOS）并能预测和阻止一些故障的发生, 但是，由于热失控的情况复杂多样，很难由一种技术系统保障其生命周期中所面临的所有安全状况，所以，对其引发原因的分析和研究对一个安全可靠的锂离子电池来说仍然是必要的。 2电芯材料的选择 锂离子电池的内部组成主要为正极｜电解质｜隔膜｜电解质｜负极，在此基础上再进行极耳的焊接，外包装的包裹等步骤最终形成一只完整的电芯。电芯再经过初始的充放电，化成分容排气等步骤以后，就可以出厂使用了。这个过程的第一步，是材料的选择。影响材料的安全性因素主要是其本征的轨道能量、晶体结构和材料的性状。 正极材料 正极活性材料在电池中的主要作用是贡献比容量和比能量，其本征电极电势对安全性有一定的影响。例如，近年来，中国已经将低电压材料LiFePO4（磷酸铁锂）作为动力电池的正极材料广泛应用于交通工具（例如混合式动力车HEV,电动车EV）和储能设备（例如不间断电源UPS）中，但是LiFePO4在众多材料中所展现出来的安全性优势实际是以牺牲能量密度为代价的，也就是说会制约其使用者（如EV,UPS）的续航能力。而像NMC (LiNixMnyCo1-x-yO2)等三元材料虽然在能量密度上表现优异，但是作为动力电池的理想正极材料，安全性问题一直得不到完善
浅谈锂电池的安全和质 量 集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
浅谈锂电池的安全和质量郑州正方科技： 锂电池在我们生活中的应用已经极为广泛了，在很多的数码设备上都能看到锂电池的“踪影”，我们的手机等电子产品功能越来越多，基本上能够代替很多东西，但是电量始终是目前电子产品最大的问题之一，因为手机上看电影以及玩游戏都是极其耗电的，出厂所带的一块或者两块电池以及不能满足我们的需求。所以移动电源成为当下最热的电子产品之一。 移动电源所采用的电池基本上都是可二次使用的锂电池，其中采用18650的圆柱形锂离子电池居多，而相对来讲，锂聚合物电池的安全系数以及能量密度比更适合作为移动电源的内部电池，但是锂聚合物电池的价格却要比锂离子电池的价格高出不少。这也正是锂聚合物电池被使用较少的主要原因。 锂电池创始人Yoshio Niashi也说过，锂离子电池目前最为重要的则是其安全与质量，而并非能力密度比以及体积重量。作为索尼前副总裁，同时也是首席技术官的Yoshio Niashi的这句话也是直截了当的说出了锂离子电池所存在的最大的问题，锂离子电池的不稳定性也是众所周知的。虽然在最近几年得到的不少的改进，但是依然是
不尽人意。 一方面是电芯以及正负极材料本身的问题，另一方面则是外部的安全电路的问题，前者就目前的技术水平来讲，前者属于硬件问题，可提升的空间相对较少，而后者则是主要通过锂电池保护板 >，来保证其安全问题。就国内来讲，锂电池的安全电路设计对于小型放电设备已经是绰绰有余了，但是网上以及媒体上关于所爆出的锂电事故却依然频频不断，归根究底，除了电芯自身的质量有问题之外，还有一点则是锂电池保护板方面出现了问题，虽然国内的保护板技术完全可以应付锂离子电池的安全问题，但是不少厂家为了节约成本，宁可使用次品保护板也不愿意使用安全参数更高的保护板，这样也就直接导致了锂电池市场的鱼龙混杂。锂离子电池的安全问题也就成为了锂离子电池最大的一个问题。并不是说不可以解决，而是不愿意解决。 不管是锂离子电池还是锂聚合物电池，锂电池保护板必然是不可缺少的，尤其是锂电池的应用已经慢慢涉及到大倍率的放电设备，而这些设备或者工具采用的都是成串组合的锂电池组，一旦发生短路或别的意外情况，其造成的后果是极其危险的。所以，除了政府的调管，更多的还需要厂家的严以律己，同时，作为消费者的我们，也更要杜绝此种产品，这样，整个锂电池市场才能得以净化，得以改善！
磷酸铁锂电池的安全性能研究 电动车应用最基本的要求是保证安全。电池的安全性归根到底体现的是温度问题。任何安全性问题最终的结果就是温度升高直至失控，直至出现安全事故。电池的安全性检测通常包括过充电、过放电、穿刺、挤压、跌落、加热、短路等，在这些情况下，会引起电池温度上升或部分区域温度过高，达到某一底限温度值，大量的热产生由于不能及时被消散引发一系列放热副反应，从而出现热失控。热失控一旦被引发就完全不能停止，直到所有反应物被完全地消耗，在大多数情况下导致电池的破裂，随之伴有火焰和浓烟，有时甚至是电池的爆炸。在锂电池当中，公认的以LiFePO4为正极材料的锂电池具有最好的安全性能。主要是由于LiFePO4在高温条件下的氧保持能力好，即使在超过500℃的高温也不会失氧，比钴酸锂、锰酸锂及三元材料等药高得多。但在滥用条件下，即使LiFePO4为正极的锂电池，也会出现安全性问题。本文主要研究和分析不同的安全性检测条件对磷酸铁锂电池的安全性能检测结果的影响。 安全性问题最终的反映是热量累积或能量短时释放引起的温度迅速升高出现失控。在电池滥用过程中，产生热的原因有以下几个方面：（1）负极SEI膜的分解；（2）负极与电解质的反应；（3）电解液的热分解；（4）电解液在正极的氧化反应；（5）正极的热分解；（6）负极的热分解；（7）隔膜的溶解以及引起的内部短路。电池抵抗各种滥用的能力主要取决于产热和散热的相对速度。当电池的散热速度低于产热速度时，它可能会遭受热失控。 1. 测试对象与设备 2. 试验 3. 结果与分析 3.1过充电 锂离子电池在充电时发生式(1)所示的反应，Li 不完全脱出，生成物为 LiFePO4和 FePO4。LiFePO4—— LiFePO4+ FePO4+ Li +xe 电池过充时，Li+大量脱出，生成的 FePO4增多，引起较大的极化电阻和极化电势，使电池的电压快速升高；过多的锂脱出，极片上的粘结剂被破坏，使正极膏片从集流体上脱离，出现大面积掉膏，脱出的 Li 聚集在负极片上，形成点状白点；电池正极附近的高氧化氛围引起电解液氧化分解使过充电池剩余的电解液较少，电解液分解产生更多的热量和气体，使电池鼓胀加剧，爆炸的可能性加大；LiFePO4在过充时发生了不可逆分解，有氧气和含 Fe 的
Through the reasonable organization of the production process, effective use of production resources to carry out production activities, to achieve the desired goal. 锂电池的安全性设计正式 版
锂电池的安全性设计正式版 下载提示：此安全管理资料适用于生产计划、生产组织以及生产控制环境中，通过合理组织生产过程，有效利用生产资源，经济合理地进行生产活动，以达到预期的生产目标和实现管理工作结果的把控。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。
有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状
锂离子电池安全性问题(最新 版) Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the state management and control of all people, objects and environments in production. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0176
锂离子电池安全性问题(最新版) 1、使用安全型锂离子电池电解质 目前锂离子电池电解液使用碳酸酯作为溶剂，其中线型碳酸酯能够提高电池的充放电容量和循环寿命，但是它们的闪点较低，在较低的温度下即会闪燃，而氟代溶剂通常具有较高的闪点甚至无闪点，因此使用氟代溶剂有利于抑制电解液的燃烧。目前研究的氟代溶剂包括氟代酯和氟代醚。 阻燃电解液是一种功能电解液，这类电解液的阻燃功能通常是通过在常规电解液中加入阻燃添加剂获得的。阻燃电解液是目前解决锂离子电池安全性最经济有效的措施，所以尤其受到产业界的重视。 使用固体电解质，代替有机液态电解质，能够有效提高锂离子
电池的安全性。固体电解质包括聚合物固体电解质和无机固体电解质。聚合物电解质，尤其是凝胶型聚合物电解质的研究取得很大的进展，目前已经成功用于商品化锂离子电池中，但是凝胶型聚合物电解质其实是干态聚合物电解质和液态电解质妥协的结果，它对电池安全性的改善非常有限。干态聚合物电解质由于不像凝胶型聚合物电解质那样包含液态易燃的有机增塑剂，所以它在漏液、蒸气压和燃烧等方面具有更好的安全性。目前的干态聚合物电解质尚不能满足聚合物锂离子电池的应用要求，仍需要进一步的研究才有望在聚合物锂离子电池上得到广泛应用。相对于聚合物电解质，无机固体电解质具有更好的安全性，不挥发，不燃烧，更加不会存在漏液问题。此外，无机固体电解质机械强度高，耐热温度明显高于液体电解质和有机聚合物，使电池的工作温度范围扩大;将无机材料制成薄膜，更易于实现锂离子电池小型化，并且这类电池具有超长的储存寿命，能大大拓宽现有锂离子电池的应用领域。 常规的含阻燃添加剂的电解液具有阻燃效果，但是其溶剂仍是易挥发成分，依然存在较高的蒸气压，对于密封的电池体系来说，
锂电池的安全性设计为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子 电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上 升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是 选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级 微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止； 三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成 控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压 便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事 故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生 安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最 低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子 电池，采用强制散热尤为重要。
选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。 提高现有安全控制技术的性能，首先要提高锂离子电池芯的安全性能，这对大容量电池尤为重要。选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。 当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂。
锂离子电池充放电安全检测设计 手机的锂离子电池充电安全性日益受到消费者重视，因此充电器制造商在设计产品时，须掌握锂离子电池的相关规格和特性，并使用具备完善电池检测及保护功能的充电芯片，以降低过电流、过电压或过温等状况所造成的危险。 随着科技进步、生活质量提升，电子产品的踪迹到处可见，其中又以手机为人类生活中不可或缺的必需品。不论是早期黑金刚手机或现今功能强大的智能手机，皆需要电源才能运作。 早期手机的电池主要有二种，一是镍氢、镍镉电池，二是锂离子电池，但现在使用镍氢、镍镉电池来做为电源的手机，已经是非常的少见，绝大部分都是使用锂离子电池，尤其消费者希望手机待机时间更长，且体积要更小，所以镍氢、镍镉电池已经慢慢不能符合消费者的期望而被淘汰。虽然镍氢、镍镉电池在价格以及替代电池取得的便利性优于锂离子电池，在其他电子产品上仍旧可看到镍氢、镍镉电池的踪迹；但是，在体积、重量及容量方面，镍氢、镍镉电池皆不如锂离子电池，所以现今标榜着轻薄短小的电子产品，几乎都是使用锂离子电池。 智能型手机因其功能强大、屏幕耗电量大，更是需要电池容量大及电力更耐久的锂离子电池。当手机电池电量不足时，使用者通常会以充电器或搭配一组移动电源随时对电池进行充电。 体积/容量兼具锂离子电池为电子产品首选 充电电池依其材质的不同可分为四类：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。
表1 充电电池比较表 由表1优缺点看来，镍镉、镍氢及锂离子电池较适合使用在电子产品上；而锂离子电池无论是在体积、重量及容量(电子产品的使用时间)较优于镍镉、镍氢电池，也无记忆效应的问题，所以锂离子电池在电子产品使用上似乎方便许多。 延长使用寿命锂离子电池充/放电压成关键 一般来说，锂离子电池会有电性安全的范围限制。由于锂离子电池的特性，当电池电压在充电时上升到最高设定电压后，要立即停止充电，避免电池因过充电造成电池损毁而产生危险；电池供电(放电)时，电池电压如果降至最低设定电压以下便要停止放电，避免因过放电而降低使用寿命。 此外，为确保电池使用上的安全，锂离子电池还必须要加装短路保护，以避免发生危险；即使大多数的锂离子电池都有加装保护电路，然而在选择优质的充电器或移动电源时，这仍然是一项重要的考量因素。
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 锂电池的安全性设计(标准版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
锂电池的安全性设计(标准版) 为了避免因使用不当造成电池过放电或者过充电，在单体锂离子电池内设有三重保护机构。一是采用开关元件，当电池内的温度上升时，它的阻值随之上升，当温度过高时，会自动停止供电；二是选择适当的隔板材料，当温度上升到一定数值时，隔板上的微米级微孔会自动溶解掉，从而使锂离子不能通过，电池内部反应停止；三是设置安全阀（就是电池顶部的放气孔），电池内部压力上升到一定数值时，安全阀自动打开，保证电池的使用安全性。 有时，电池本身虽然有安全控制措施，但是因为某些原因造成控制失灵，缺少安全阀或者气体来不及通过安全阀释放，电池内压便会急剧上升而引起爆炸。 一般情况下，锂离子电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。对于手机用锂离子电池，基本要求是发生
安全事故的概率要小于百万分之一，这也是社会公众所能接受的最低标准。而对于大容量锂离子电池，特别是汽车等用大容量锂离子电池，采用强制散热尤为重要。 选择更安全的电极材料，选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100℃，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。 另外，采用锰酸锂材料还可以大幅度降低成本。 提高现有安全控制技术的性能，首先要提高锂离子电池芯的安全性能，这对大容量电池尤为重要。选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。 当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进
液态电解质对锂离子电池安全性能影响因素 摘要：锂离子电池的安全安全问题成为近年来制约其迅速发展的瓶颈。那么要如何才能解决其安全问题呢？本文从影响电池安全性能的因素出发，以液态电解质为例，从优化电解液的组成到使用特殊的添加剂等方面论述了液态电解质与电池安全问题的关系。 引言 锂离子电池由于具有能量密度高、输出电压高、循环寿命长、环境污染小等优点，在小型数码电子产品中获得了广泛应用，在电动汽车、航空航天等领域也具有广阔的应用前景。然而，近年来用于手机、数码相机和笔记本电脑中的锂离子电池爆炸伤人事件已经屡见不鲜，锂离子电池的安全问题引起人们广泛的关注。目前安全问题已成为制约锂离子电池向大型化、高能化方向发展的瓶颈。 一、引起锂离子电池安全问题的主要原因 1、电池系统的安全问题。锂离子电池作为一个系统，其安全问题主要源于滥用情况下热失控的发生。电池系统的热失控即为系统产生的热量大于释放的热量而导致热量积累，温度迅速升高的过程。锂离子电池发生热失控，主要是由电极和电解液间的化学反应引起的。 2、易燃的电解质。锂离子电池具有较高的能量密度，在于其较高的输出电压。在通常的正负极材料的工作电位下，水溶液难以稳定使用，所以锂离子电池电解液使用有机溶剂。而有机溶剂通常极易燃烧，特别是电解液中的线型碳酸酯具有较高的蒸气压和较低的闪点，使锂离子电池在安全性上背上了沉重的负担。 3、电池材料的热稳定性。锂离子电池安全性能的另一个更重要的方面即是其热稳定性。在一些滥用状态下，如高温、过充电、针刺穿透以及挤压等情况下，导致电极和有机电解液的强烈相互作用，如有机电解液的剧烈氧化、还原或正极分解产生的氧气进一步与有机电解液反应等，这些反应产生的大量热量如不能及时散失到周围环境中，必将导致热失控的产生，最终导致电池的燃烧、爆炸。 二、改善电池安全性能的途径 电池安全性能的改善主要途径有： 1、使电池系统更稳定，以避免热失控的发生； 2、使用更安全的电解液体系，即使热失控发生，也不会因为易燃电解质存在而导致电池燃烧或者爆炸。
浅析关于锂电池最经典问题 1、锂离子安全特性是如何实现的? a、隔膜135℃自动关断保护，采用国际先进的Celgars2300PE-PP-PE三层复合膜。在电池升温达到120℃的情况下，PE复合膜两侧的膜孔闭合，电池内阻增大，电池内部升温减缓。电池升温达到135 ℃时，PP膜孔闭合，电池内部断路，电池不再升温，确保电池安全可靠。 b、向电解液中加入添加剂在电池过充，电池电压高于4.2V的条件下，电解液添加剂与电解液中其他物质聚合，电池内阻大幅度增加，电池内部形成大面积断路，电池不再升温。 c、电池盖复合结构电池盖采用刻痕防爆球结构，电池升温时，电池内部活化过程中所产生的部分气体膨胀，电池内压加大，压力达到一定程度刻痕破裂、放气。 d、各种环境滥用测试进行各项滥用实验，如外部短路、过充、针刺、冲击、焚烧等，考察电池安全性能。同时对电池进行温度冲击实验和振动、跌落、冲击等力学性能实验，考察电池在实际使用环境焉的性能情况。 2、为什么恒压 充电电流为逐渐减少? 因为恒流过程终止时，电池内部的电化学极化然保持再整个恒流中相同的水平，恒压过程，再恒定电场作用下，内部Li+的浓差极化在逐渐消除，离子的迁移数和速度表现为电流逐渐减少。 3、什么是电池的容量? 电池的容量有额定容量和实际容量之分。电池的额定量是指设计与制造电池时规定或保证电池在一定的放电条件下，应该放出最低限度的电量。Li-ion规定电池在常温、恒流(1C)恒压(4.2V)控制的充电条件下充电3h，电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响(故严格来讲，电池容量应指明充放电条件)。容量常见单位有：mAh、Ah=1000mAh)。 4、什么是电池内阻?