21世纪以来,锂电池的商业化应用应该是处于一个登峰造极的状态,不仅仅是普通人的日常生活离不开它,甚至是我们出行乘坐的各种交通工具以及各种商业行为,都和它密切相关。它不只运用于类似于手机、笔记本电脑、蓝牙音箱等各种各样的电子数码产品当中,甚至我们平常出行所运用的电动自行车,也有一部分已经开始运用锂电池组作为动力来源。在一些商场,以及野外作业所运用的后备电源也是锂电池组,而且飞机中的一部分电量也运用的是锂电池组。由此可见,锂电池的运用规模真的是日益广泛。
然而随着三星手机电池爆炸事故,还有前不久的特斯拉电动车碰撞起火事件,甚至国内的某品牌公交车自燃事件,引发了人们对新能源技术的种种担忧。如果不能解决好锂电池的安全问题,将影响新能源技术的大面积推广使用。
锂电池的安全性和电池本身的设计、使用条件有很大关系。
从锂电池本身化学构造角度来分析,锂电池起火爆炸是由于锂离子电池热失控而产生的,根源主要是电极和电解液之间产生的剧烈的化学放热反应,热量的无限制扩散造成。电池热失控是由于电池内部产生热量的速率高于热量散失的速率,且热量累积但是未及时散发出去造成的,其本质是一个能量反馈循环过程。一个完整的热失控过程应该可以分为三个部分:
◆ 第一部分:电池内部热失控,由于电池受到了外部短路,挤压/撞击等外力作用,使锂电池内部温度升高,锂盐开始分解;在高温下表面的SEI膜分解,嵌入石墨的锂离子会与电解液发生反应,进一步加剧电池内部温度上升;
◆ 第二部分:电池内部由于温度不断上升,正极材料也逐渐分解释放出大量的热量和气体,导致电池本体出现鼓包膨胀状态;
◆ 第三部分:在不断的化学反应放热过程中,电池内部聚集越来越多的热量和气体,随后便造成了热量失控,导致起火爆炸的结果。
以上是在锂电池受到外力的破坏性作用下导致的不可逆的能量释放反应,在日常生活中,我们在纷繁复杂的环境下使用各种电子产品,都要格外的注意。因为我们的使用方式或者是使用环境,都会导致锂电池出现热失控的状况,只有合理合规的使用,我们才能正确享受电子产品带来的便利,远离意外出现的状况。
锂电池的安全问题涉及到很多方面,不仅仅是我们的使用方式、使用环境,还跟锂电池本身的材料体系密切相关。所以开发和使用耐温性好的电化学材料是解决锂电池安全问题的最佳途径,提高电池组成材料的热稳定性,提高电池的过充保护能力(采用正温度系数的热敏电阻PTC);采用热闭合温度高的复合隔膜,也可以进一步提高电池的安全性。
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