锂电池的安全问题和失效途径分析

来源:太阳能电池    发布时间:2021-10-28    点击数:    热门:管式胶体电池

  锂电池的安全问题和失效途径分析

  锂离子电池容易发生起火爆炸等事故,本质上还是由于它的化学本质造成的。我们研究锂电池的安全失效机制,可以分为内部因素和外部因素两大类。

  

锂电池的安全问题和失效途径分析(图1)

  内部因素是指电池本身的材料组成、生产工艺等对电池安全性的影响;外部因素是指在使用过程中电池经受某些特殊的使用条件,如过充、挤压等引发的电池热失控,造成膨胀、冒烟甚至起火等。

  锂离子电池安全问题表现锂离子电池的安全问题主要表现为:

  l 起火,直接烧伤人体,或对电池供电的电子产品造成着火危险;

  l 爆炸,直接危害人体,或损毁设备,并产生严重次生危害;

  l 过热,直接对人体引起灼伤,或导致绝缘等级下降和安全元器件性能降低,或引燃可燃液体;

  l 漏液,可能会直接被人体接触或吸人构成化学腐蚀危害,或导致电池供电的电子产品内部绝缘失效间接造成电击、着火等危险;

  l 电击,对于输出电压超过安全电压限值的电池组,还可能引发电击危险。

  锂离子电池失效的产生主要主要有以下几种途径:

  第一种途径主要与锂离子电池的内部短路有关。

  锂离子电池的内部短路是安全问题的最重要诱因,大部分的安全问题都是由于内部短路引起的。一般是由生产过程中混入的金属杂质、电极金属箔在剪切时造成的毛刺、使用过程中形成锂枝晶以及受到挤压等意外机械应力引起。内部短路时会产生大量的热,从而引起安全问题。

  第二种途径主要与电路故障有关。

  为了对锂离子进行充放电管理及安全保护,需要设计充放电管理电路。

  在封装过程中需要在电池组中加入保护电路板。这些电池组内部的或外部的电路都有可能出现故障,进而引起电池的过压充电、过度充电、过度放电、外部短路、过载等情况。这些情况可能会导致过热、着火、爆炸等危险。

  第三种途径主要与误用、滥用有关。

  误用和滥用包括在高温下使用或存储(如在车内)、用户使用了错误的充电器(过压充电)、极性反接充电、在携带过程中电池端子被外部的导体(金属、溶液等)短路。这些误用和滥用都可能造成电池发出大量的热,甚至造成热失控。

  第四种途径主要与电池外壳破裂有关。

  引起外壳破裂的诱因包括内部和外部应力。内部应力是指过度放电等反应造成的内外压差;外部应力是指运输、使用过程中的正常的或者意外的机械应力,如振动、加速度冲击、跌落等造成的外壳破裂。外壳破裂会使内部的电解液泄漏,从而引起危险。

  第五种途径主要与一致性有关。

  在由多节电池(电芯)通过串联、并联以及串并混联构成的电池组中,电池之间的内阻、开路电压、容量的一致性会造成对电池组内部的某一电池或电池并联块的过压充电、欠压放电等,从而引起安全问题。

  造成锂离子电池失效的原因很多,不同原因可能会造成同一结果和现象,有些是直接原因,有些是间接原因,所以进行锂离子电池失效分析,应该对造成失效的各层级原因进行分析,排除可排除的因素,进而推导得出根本原因。

  

锂电池的安全问题和失效途径分析(图1)

  锂离子电池(LIB)已成为现代社会生活中主要的能量存储解决方案。其中磷酸铁锂电池完美替代铅酸电池,更加是并网调峰、离网储能、光伏储能、UPS、数据中心等行业的首选。


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