钜大LARGE | 点击量：3117次 | 2019年06月29日
什么样的锂电池是安全的锂电池？
动力锂电池，几乎全部的规划都打有安全的烙印，外壳的防水规划，电池包的强度规划，热管理体系，BMS的温度监测、烟雾报警、防过充过放程序等等。安满是动力电池包的重中之重。
如果可以釜底抽薪，动力锂电池自身足够安全，则周边工程的规划将会变得无比自在，本钱也会应声而下。那么什么样的锂电池是安全的锂电池？
1动力锂电池的根本组成
以圆柱形电池为例，如上图所示，锂电池的首要结构包含壳体，正极，负极，隔阂，电解液，安全阀等安全保护装置以及一些导电密封辅佐结构。
壳体，是整只电芯的保护层，对电芯起到支撑、阻隔和绝缘等保护性效果。软包电池，没有高强度的壳体，其在小规模成组今后，也要规划具有必定强度的壳。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
直接参加电池电化学进程的是正极、负极和电解液，可以说它们是事端的源头，也是真正解决安全问题的病根所在。
2正极、负极和电解液的安全性问题
锂电池的安全事端，无论是电芯老化或者自身质量问题带来的自内而外的过热，从而导致热失控，仍是因为交通事端或者其他类型的滥用造成的热失控，事端发作总要阅历电芯资料剧烈反响的进程，如果可以阻断这个点，则电池可以失效，但永久不会燃爆。
2.1电解液
电解液存在两个方向的问题，自身简单焚烧，又具有与正负极资料发作反响的倾向。
初中化学告诉我们，焚烧的三要素：可燃物（焚烧的物质），助燃物（氧气）和燃点（到达可燃物的焚烧温度）。三个条件缺一不行，阻断其中之一，焚烧便不会发作。电池自身安全性，电池资料不行燃是安全隐患的终结者。
现在常见的电解液都是有机溶剂质地，是极易焚烧的材质。而电解液与正极发作副反响的产品，就包含氧气。因此，电池一旦积聚了较多热量，到达较高温度，连锁反响都会给电解液焚烧提供条件。
问题在于，电解液传输电荷的能力，对电池的电压有直接的影响。当前人们关于高电压，高能量密度的追求，只要有机电解液才能满意，因此暂时没有找到更适合的材质作为替代。
2.2正极资料
正极资料的安全性问题首要存在于两个方面。一个是充电状况下，资料结构的安稳性，另一个是电池高温下，正极资料与电解液的反响腐蚀问题。
正极资料的安稳性问题，首要出现在过大电流充电进程中，与资料不匹配的锂离子脱出速率会冲垮资料晶格结构，损坏的部分资料反过来堵住离子通路，添加了离子嵌入难度。这个进程中会有热量堆集，是引发锂电池事端的一种常见原因。
正极被电解液腐蚀，放出少量气体和热量，这是电池使用进程中老化的一个重要原因。但正极与电解液的剧烈反响，一般出现在电池温度已高的阶段，一般超过200℃，是热量爆发式生成的重要力量。反响不光放出很多的热，还会有气体产生，使得事端的危害或许晋级。
2.3负极资料
负极资料的安全性，首要围绕其热安稳性进行观察，其安稳程度与下面三个要素有关：电解液中电解质的类型，石墨负极中嵌锂碳含量的多少以及石墨负极使用的粘结剂的品种。
电解质类型，石墨负极在初次充电化成中，形成保护膜SEI膜。SEI膜的存在，阻挠了石墨与电解液的进一步剧烈反响。但电解液中的LiPF6对SEI膜的分化有促进效果，使得锂电池在大约60℃的储存进程中，就可以出现分化并放热。因此电解质的成分对负极安稳性有直接影响。
嵌锂碳，有研讨表明，负极中嵌锂碳的含量高，会带来负极与电解液更激烈的反响。嵌锂碳是在充电进程中形成，电池电量越高，其嵌锂碳的含量也就越高。嵌锂碳的影响，只能在电量高的阶段加强其他安全办法，却无法防止高浓度嵌锂碳的现象出现。
负极粘结剂的品种，粘结剂在反响中是否添加体系反响放热并没有定论。不同类型的粘结剂，参加反响的形式不同，有的成为嵌锂碳反响的助剂，有的自身参加反响后失效，加快负极结构走向溃散。
以上三个方面的影响，发作的温度由低到高，SEI膜的溶解，作为损坏式连锁反响的初步，阻挠它发作意义重大。
3安全性能的改进方向
3.1电解液
阻燃剂
在本来电解液的基础上加入阻燃剂，具有可行性，仅仅特别恰当的阻燃剂还没有被发现。佛化物阻燃效果较好，但本钱高；烷基磷酸酯，加入电解液后，降低了导电率，阻燃效果也一般，因此不能算是好的挑选；氮化物阻燃效果不明显，且具毒性，根本不行行。阻燃剂是比较现实的技术路线，仅仅还需求时刻和人力的投入。
固体电解质
聚合物电解质，是真正的固态电解质和电解液之间的中心形态，是干态聚合物电解质和电解液的并存状况。但聚合物电解质在安全性上，比之电解液现已有很大提高，在漏液和焚烧性方面都有进步。
在新闻中看到，某公司发明了不焚烧电解液。如果果然如宣传的那样，将是革命性的成果。
挑选恰当的电解质
经过对电解盐类型的挑选，减少SEI膜溶解的几率。
3.2正负极资料
从改善资料热安稳性的视点出发，挑选分子结构更安稳的材质。负极，关于碳资料来说，球状结构比层状结构安稳性好；跨越品种，尖晶石结构的钛酸锂又比全部石墨材质的负极安稳性好。2.3中所述的各种安全问题，钛酸锂都不存在，是当前负极资料中最安全的一种。
正极资料的可挑选规模并不大，钴酸锂，因为安稳性差，使用的规模现已越来越小。动力电池主流的三种正极资料，磷酸铁锂、锰酸锂和三元资料。从安全性视点考虑，磷酸铁锂的安全性最好，锰酸锂次之，三元相对较差。
4安全辅佐办法
在无法完全解决正负极资料和电解液的安全隐患的时候，人们退而求其次，采用一些辅佐手法，首要发挥阻断、报警、阻隔的效果。这些办法详细包含以下几种。
安全阀
安全阀的规划目的，是当电芯内部压力增大到必定值时，期望它敞开，防止电芯爆炸，产生恶劣的影响。但安全阀敞开后，往往伴随着电解液的泄漏，如果电解液可燃，则是扒了东墙补西墙的效果。在电芯真正发作热失控后出现焚烧的阶段，安全阀还或许成为小小的火焰喷发器，使得焚烧物质在更大规模内传达。因此，安全阀的规划需求全面周到的考虑。
温度灵敏电阻
在电信回路或者模组之间的连接导体上添加正温度系数的温度灵敏电阻。正常运行时，其电阻近似于一段导线，当大电流发作时，受电流热效应的影响，其温度上升到必定值，内阻突然上升，到达根本阻断短路电流的目的。这样的装置往往只能在外部短路的进程中发挥效力，关于内短路引起的热失控，效果较小。
熔断器
类似于前面所述温度灵敏电阻的效果，仅仅熔断器是在遇到大电流后自动堵截回路，是一种不行恢复的安全手法。熔断器的选取值需求预留比较大的余量，防止误动作带来的影响。
隔热墙规划
出于阻隔热失控电池的考虑，将整个电池包分割成若干区域。某一个区域发作热失控时，防止其他区域受到牵连。是一种被迫减小人员伤亡的手法。
烟雾报警器和救活器
现在现已在客车上强制应用，烟雾报警器检测到火灾信息，电池管理体系当即发动救活器喷发救活剂进行救活。这种方法的效力，往往取决于检测到风险发作的传感器的灵敏性和准确性。
总归，挑选使用安全性好的电芯，是动力电池包规划，提高安全性的起点。电芯的安全性，除了依据国家标准GB/T31485-2014和GB/T31467.3的检测结果进行判断以外，了解电芯安全性的由来也提高规划者的掌控感和信心。
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