锂离子动力电池的安全性问题
锂离子电池的安全性评估评估锂离子电池的安全性能和风险控制策略
锂离子电池的安全性评估评估锂离子电池的安全性能和风险控制策略锂离子电池的安全性评估及风险控制策略随着科技的不断发展，锂离子电池已成为现代生活和工业生产的重要能源储存装置。
然而，由于其本身的特性，锂离子电池也存在着一定的安全隐患和风险。
为了确保锂离子电池的安全性能，并有效控制潜在的风险，对其进行全面的安全性评估和采取相应的风险控制策略显得尤为重要。
一、安全性评估1. 锂离子电池的基本结构和工作原理锂离子电池由正极、负极、电解质和隔膜等组成。
正极材料主要有氧化钴、氧化镍、锰酸锂等；负极材料通常采用石墨；电解质主要由有机溶剂和盐组成，如碳酸丙烯酯和聚合物电解质；隔膜则用于阻止正负极直接接触。
2. 安全性能评估指标安全性评估指标通常包括热失控温度、短路电流、过充电容性、内阻、循环寿命等。
热失控温度是指在特定条件下电池发生热失控的温度，其低于该温度时电池工作稳定；短路电流则是指在电池发生短路时的输出电流；过充电容性是指电池在过充电状态下所能容纳的电量；内阻则是电池内部电阻，在充放电过程中会有一定的能量损耗；循环寿命是指电池能够充放电的次数。
3. 安全性能评估方法安全性能评估通常通过实验方法和数值模拟两种途径进行。
实验方法包括热失控实验、冲击实验和短路实验等，可以直接观察和测量电池在不同条件下的安全性能。
数值模拟方法则采用计算机模型对电池在各种工况下的热耦合、电耦合等特性进行模拟和分析，可以预测电池的安全性能。
二、风险控制策略1. 设计阶段的风险控制在锂离子电池的设计阶段，可以通过选择合适的正负极材料、优化电池结构、改进电解质体系等手段来提高电池的安全性能。
例如，使用高稳定性的正负极材料可以降低电池的热失控温度；优化电池结构可以提高电池的循环寿命和耐冲击性能；改进电解质体系可以增强电池的耐高温性能。
2. 制造和测试阶段的风险控制在锂离子电池的制造和测试过程中，应严格控制各个环节，确保电池的生产质量和一致性。
锂离子动力电池的优势与劣势分析
锂离子动力电池的优势与劣势分析锂离子动力电池作为目前应用最广泛的电池之一，其作用在各个领域的电力储存中扮演着重要的角色。
本文将从锂离子动力电池的优势和劣势两个方面进行分析，并探讨其在未来的应用前景。
优势分析：1. 高能量密度：锂离子动力电池具有较高的能量密度，能够储存和释放更多的电能，相对于传统的铅酸电池和镍氢电池来说，其能量密度更高，储存更多的能量，因此在同样体积的情况下，锂离子电池可以提供更长的续航里程。
2. 长循环寿命：与其他电池相比，锂离子电池具有较长的循环寿命。
经过数千次的充放电循环后，锂离子电池的性能仍能保持相对稳定。
这意味着锂离子电池可以在长期使用中保持更好的性能，延长了电池的使用寿命。
3. 无记忆效应：锂离子电池没有记忆效应，即使电池没有完全放空，也可以进行充电而不会对电池的性能产生负面影响。
这使得锂离子电池更加方便使用，可以根据实际需求进行充电，而无需担心记忆效应对电池寿命的影响。
4. 快速充电能力：相对于其他类型的电池，锂离子电池具有较快的充电速度。
现代锂离子电池技术的进步，使得电池能够在短时间内快速充电，从而提高了电池的可用性和便利性。
劣势分析：1. 安全性问题：锂离子电池在过热、过充、过放等情况下，存在安全隐患。
如果电池内部结构设计不当，或者电池过度使用时发生异常，可能会导致电池膨胀、起火甚至爆炸等安全事故。
因此，在设计和使用锂离子电池时需要特别注意安全问题，并采取相应的安全措施。
2. 有限的资源和环境影响：锂离子电池的生产需要消耗大量的锂资源，而目前全球锂资源的储量有限。
此外，电池的生产和废弃处理也会对环境造成一定的影响。
虽然一些回收技术正在发展，但对于大规模的电池废弃物处理仍然存在问题。
3. 电池容量衰退：锂离子电池的容量随着使用时间的增加而逐渐下降。
这是因为电池内部材料的物理和化学变化，导致电池容量减少。
尽管锂离子电池相对其他电池类型的容量衰减较慢，但随着使用寿命的延长，容量衰减仍然是影响锂离子电池性能的一个因素。
电动汽车锂动力电池安全性分析与试验
电动汽车锂动力电池安全性分析与试验随着全球对环境保护和能源可持续发展的重视，电动汽车（EV）因其零排放特性而逐渐成为汽车市场的主流。
作为电动汽车的核心组成部分，锂动力电池系统的安全性能直接关系到车辆的整体安全。
本篇将对电动汽车锂动力电池的安全性进行深入分析，并通过实验验证其安全性能。
1. 锂动力电池的安全性分析1.1 锂动力电池的化学特性锂动力电池采用的是锂离子电池，其具有能量密度高、循环寿命长和充放电速率快等特点。
然而，锂离子电池在过充、过放、短路或物理损伤等极端条件下，可能发生热失控、起火或爆炸等安全事故。
1.2 热失控现象热失控是锂离子电池安全事故的主要表现形式之一。
当电池内部温度升高到一定程度时，电池内部的化学反应失控，产生大量热量，导致电池温度进一步升高。
如果不采取措施，电池内部可能会发生燃烧或爆炸。
1.3 安全性能影响因素锂动力电池的安全性能受多种因素影响，包括电池材料、电池设计、电池管理系统（BMS）等。
电池材料的选择和制备工艺对电池的热稳定性和化学稳定性有重要影响。
电池设计，如电池单体的结构、电池模块的布局等，也会影响电池的安全性能。
电池管理系统负责监控电池的工作状态，对异常情况及时采取措施，以保证电池安全。
2. 安全性试验方法为了验证锂动力电池的安全性能，需要进行一系列的试验。
以下介绍几种常见的试验方法：2.1 过充试验过充试验用于评估电池在过度充电条件下的安全性。
试验过程中，将电池充电至超过其标称容量的一定比例，观察电池的温度、电压等参数的变化，以及是否有起火、爆炸等现象发生。
2.2 过放试验过放试验用于评估电池在过度放电条件下的安全性。
试验过程中，将电池放电至低于其标称容量的一定比例，观察电池的温度、电压等参数的变化，以及是否有起火、爆炸等现象发生。
2.3 短路试验短路试验用于评估电池在短路条件下的安全性。
试验过程中，通过特定装置使电池发生短路，观察电池的温度、电压等参数的变化，以及是否有起火、爆炸等现象发生。
新能源汽车动力电池的安全性研究
新能源汽车动力电池的安全性研究在当今汽车行业的快速发展中，新能源汽车凭借其环保、节能等优势逐渐崭露头角。
然而，新能源汽车的动力电池安全性问题一直是人们关注的焦点。
动力电池作为新能源汽车的核心部件，其安全性直接关系到车辆的使用安全以及消费者的生命财产安全。
新能源汽车动力电池主要包括锂离子电池、镍氢电池等类型。
其中，锂离子电池因其能量密度高、循环寿命长等优点，成为目前新能源汽车最常用的动力电池类型。
但锂离子电池在使用过程中也存在一些安全隐患，如热失控、过充过放、短路等。
热失控是新能源汽车动力电池最严重的安全问题之一。
当电池内部温度过高时，可能会引发一系列连锁反应，导致电池起火甚至爆炸。
造成热失控的原因主要有内部短路、外部短路、过充、高温等。
内部短路可能是由于电池生产过程中的瑕疵，或者在使用过程中电池受到挤压、穿刺等机械损伤导致。
外部短路则可能是由于车辆电路故障或者外部环境因素引起。
过充会使电池内部产生过多的热量，而高温环境会加速电池内部的化学反应，增加热失控的风险。
过充过放也是影响动力电池安全性的重要因素。
过充会导致电池内部结构损坏，产生大量气体，增加电池内部压力，严重时可能引发爆炸。
过放则会使电池活性物质减少，降低电池的容量和寿命，甚至可能导致电池内部短路。
为了避免过充过放，新能源汽车通常配备了电池管理系统（BMS），对电池的充放电过程进行实时监测和控制。
然而，BMS 也并非万无一失，如果出现故障或者误判，仍然可能导致过充过放的情况发生。
短路是另一个常见的安全隐患。
短路可能是由于电池内部的正负极直接接触，或者外部导体使电池的正负极短路。
短路会导致电流瞬间增大，产生大量热量，引发安全事故。
此外，电池在使用过程中的振动、碰撞等也可能导致电池内部结构松动，增加短路的风险。
为了提高新能源汽车动力电池的安全性，科研人员和汽车厂商采取了一系列措施。
在电池材料方面，不断研发新型的正负极材料和电解质，提高电池的稳定性和安全性。
动力型锂离子电池安全性问题分析
材料篇：钴酸锂正极材料的分子结构和充放电的模型
•材料篇：钴酸锂的充电物理反应模型
• 充电化学反应式：LiCoO2→0.5Li+Li0.5CoO2 • 实验证明，钴酸锂（LiCoO2 ）电池在正常充电结束后 • （即充电至截止电压4.2 V左右），LiCoO2正极材料中的Li • 还有剩余。 • 此时若发生过充等异常情况，LiCoO2正极材料中的Li+将 • 会继续脱嵌，游向负极，而此时负极材料中能容纳Li+的位 • 置已被填满，Li+只能以金属的形式在其表面析出，聚结成 • 锂枝晶，埋下了使电池内部短路的安全隐患。
•结构篇：星恒电源的新型安全阀结构
•结构篇：星恒电源添加的特别安全措施
• 我们选用 了一种特殊 的材料，将 其加工成型 做成正极密 封圈
材料篇：几种正极材料的综合比较
•
•钴酸锂
•锰酸锂
•磷酸铁锂
•镍钴锰酸锂
•耐过充
•╳
•√
•√
•╳
•氧化性
•很强
•一般
•弱
•强
•过充极限
•0.5C/6V
•3C/10V
•3C/10V
•0.5C/6V
•用作动力电 池的安全性
•容量
•很不安全 •可达10Ah
•安全性能好 •10~30Ah
•安全性能好 ,
•可达100Ah
•结构篇：传统安全阀的结构
• 弹簧片式安全阀 随着使用 时间的延长，弹簧的弹性会变化 甚至消失。这样就无法保持电池 在正常状态时的密封性能，电池 的性能会很快衰减，安全性也无 法保证。
• 金属薄片刻伤安全结构，它 利用内压达到并超过刻痕部位的 最大承受压力时，将其冲破实现 卸压。但要想刻成能承受一定压 力的伤痕本身就很难，刻伤部位 承压也不均匀，且成本很高。
锂离子电池安全性研究及影响因素分析
锂离子电池安全性研究及影响因素分析一、本文概述随着科技的快速发展和全球能源结构的逐步转型，锂离子电池作为一种高效、环保的能源存储技术，已经广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天、储能电站等多个领域。
然而，随着锂离子电池应用范围的扩大，其安全性问题也日益凸显。
电池热失控、燃烧甚至爆炸等安全事故不仅会造成巨大的财产损失，还可能威胁到人们的生命安全。
因此，对锂离子电池的安全性进行深入研究和影响因素分析，对于保障其安全应用具有重要意义。
本文旨在全面综述锂离子电池安全性的研究现状，分析影响电池安全性的主要因素，包括电池材料、制造工艺、使用条件等，并探讨提高锂离子电池安全性的有效方法和未来发展方向。
通过本文的阐述，希望能够为锂离子电池的安全应用提供理论支撑和实践指导，促进锂离子电池技术的健康、可持续发展。
二、锂离子电池的基本原理与结构锂离子电池，作为现代电化学储能技术的核心，其基本原理和结构是理解其安全性和性能的关键。
锂离子电池是一种通过锂离子在正负极之间移动实现能量存储和释放的二次电池。
其结构主要由正极、负极、隔膜和电解液四个部分组成。
正极是锂离子电池的重要组成部分，通常采用具有高嵌脱锂电位的材料，如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。
正极材料的性能直接影响电池的能量密度和安全性。
负极材料则通常采用具有低嵌脱锂电位的碳材料，如石墨、硅碳复合材料等。
负极的主要作用是储存和释放锂离子，其结构和性能对电池的循环寿命和安全性具有重要影响。
隔膜位于正负极之间，是防止电池内部短路的关键组件。
隔膜通常由聚烯烃等多孔材料制成，具有良好的离子通透性和机械强度。
电解液则是锂离子电池中的重要组成部分，通常由有机溶剂和锂盐组成，其主要作用是传导锂离子，实现正负极之间的电荷转移。
锂离子电池的工作原理是在充放电过程中，锂离子在正负极之间移动，实现化学能与电能之间的转换。
充电时，锂离子从正极脱嵌，穿过隔膜，嵌入负极；放电时，锂离子从负极脱嵌，穿过隔膜，嵌入正极。
锂离子电池安全性保护措施
锂离子电池安全性保护措施摘要：在锂离子电池中，存在着最普遍的安全问题。
锂离子电池的热失控是造成安全事故的重要因素。
文章总结了近年来国内外关于锂离子电池安全防护的一些方法，其中包括了国内外关于锂离子电池的内部防护和外部防护措施的研究与探讨。
本文对近年来国内外关于不可燃电解质、阻燃添加剂、隔膜、正极材料、限流设备、电池管理系统等方面的工作原理及最新的研究成果，并对今后的安全性进行了预测。
关键词：锂离子电池安全性；保护措施在众多新能源中，以高电压、高比容量、长循环寿命、无环境污染等优异的特性的锂离子电池深受当今社会的青睐，至今已经取代了传统的3C型二次电池，逐渐成了电力行业的主流。
但近年来，由于使用锂离子电池引起的火灾和爆炸事故时有发生，严重影响了其发展。
锂离子电池之所以会有这样的危险，是因为它的内部放热反应不受控制，这主要是因为：（1）某些不符合标准的运行方式，比如在锂离子电池过度充电时，正极材料中会出现脱锂的反应，使得结构破碎，电解液也被氧化，从而产生了巨大的热能。
(2）在长期的循环中，锂离子电池的负极表面会产生锂枝晶，其中一些会剥落，成为"死锂"，而另一些则会不断繁殖，最后会击穿金属薄膜，从而导致电池短路。
(3）强酸性电解质溶液，是由碳酸酯和羧酸酯所构成的强有机溶剂，在高热时会引起氧化分解，从而放出巨大的热能，引起电池的过热，但一旦没有及时排除，很易导致电池的过热，引起电池的自燃，乃至自爆。
为解决锂离子脱嵌电池的安全问题，本文浅析一下锂离子电池安全性保护措施。
一、从电极材料讨论锂离子电池安全性保护措施对电解质和膜片进行了修饰，对电极材料的改性也是目前研究的热点。
有的学者建议将磷基化合物嵌入到正极中而不是加入阻燃剂，而是采用预先埋入阻燃剂的磷酸铁锂作为正极材料。
之后，他们又将软水铝石作为阻燃剂嵌入到锂离子正极中，这两种阻燃剂均表现出优良的阻燃性，且不会使正电极的电化学性质有明显的下降。
新能源汽车锂离子动力电池安全性分析
新能源汽车锂离子动力电池安全性分析作者：刘俊来源：《时代汽车》2024年第11期摘要：新能源汽车行业近年来风生水起，受到了全球范围内的广泛关注和重视。
特别是电动汽车，因其环保、低排放等特点备受青睐。
而动力电池作为驱动这些车辆行驶的心脏部件，自然成为了人们研究和关注的焦点。
然而，随着电动车辆的快速增长，相关的安全问题也随之浮现，特别是涉及动力电池的安全性问题，已成为制约新能源汽车发展的一大痛点。
本文将针对新能源汽车锂离子动力电池安全性展开详细分析，以供参考。
关键词：新能源汽车锂离子动力电池安全性新能源汽车在充电、行驶、甚至遭遇交通事故的过程中出现的动力电池自燃或起火现象尤其让人担忧。
这些火灾事故不仅会导致财产损失，更有可能危及人身安全，给车主及周围人群带来重大风险。
因此，电动汽车锂离子动力电池的安全性问题引发了广泛的社会关注，成为业界亟待解决的重要课题。
为了保证新能源汽车的安全性，对锂离子动力电池进行深入的安全性分析和研究是非常必要的。
这不仅包括了解和评估锂离子动力电池在设计、制造、使用和废弃等全生命周期中可能出现的安全风险，还涉及到采取有效的预防措施来降低事故发生的几率。
1 锂离子动力电池工作原理锂离子动力电池作为电动汽车的能量之源，其结构与功能复杂且精巧。
它主要构成包括若干锂电池模组、外围的箱体、安全设施（如防爆阀）以及温度调节用的加热片等。
同时，可将这些锂电池模组视为动力电池的“心脏”，而这些模组本身，则是由许多串联、并联或二者结合的锂离子电池单体所组成。
锂离子电池，作为动力电池的基本构建单元，具有其独特的结构和工作原理。
它由正极材料、负极材料、隔膜、电解液和电池壳体等部分组成。
在工作时，锂离子在正负极之间移动，实现电荷的转移。
因其工作方式类似于摇椅，即电荷在两端来回“摇摆”，因而得名“摇椅型”电池。
在电池充电过程中，当外部电压施加在电池两极上时，锂离子会从正极材料中释放并进入电解液，在隔膜的指引下向负极移动。
动力电池的安全性与可靠性研究
动力电池的安全性与可靠性研究随着科技的飞速发展，电动汽车和各种便携式电子设备在我们的生活中越来越普及，而动力电池作为这些设备的核心部件，其安全性与可靠性成为了人们关注的焦点。
动力电池的性能不仅直接影响着设备的使用体验，更关乎着用户的生命财产安全。
因此，深入研究动力电池的安全性与可靠性具有极其重要的意义。
首先，我们来了解一下动力电池的工作原理。
目前常见的动力电池主要有锂离子电池、镍氢电池等。
以锂离子电池为例，其通过锂离子在正负极之间的嵌入和脱出实现电能的存储和释放。
在充电时，锂离子从正极脱出，经过电解质嵌入负极；放电时则相反，锂离子从负极脱出，经过电解质嵌入正极。
这个过程看似简单，但其中涉及到复杂的化学和物理变化，如果控制不当，就可能引发安全问题。
那么，动力电池可能存在哪些安全隐患呢？过热是一个常见的问题。
当电池在充放电过程中，内部会产生一定的热量，如果散热不良，温度持续升高，可能会导致电池内部材料的分解、短路，甚至引发火灾或爆炸。
另外，过充和过放也会对电池造成损害。
过充会使正极材料结构发生变化，产生过多的锂离子，容易形成枝晶，刺穿隔膜，造成短路；过放则可能导致负极铜箔溶解，影响电池的性能和寿命。
此外，电池的制造工艺和质量控制也会影响其安全性和可靠性。
如果在生产过程中存在杂质、缺陷或者不一致性，都可能导致电池在使用过程中出现问题。
例如，电极涂层不均匀可能导致局部电流密度过大，引发过热；隔膜存在微孔或破损，会使正负极直接接触，造成短路。
为了提高动力电池的安全性和可靠性，科研人员和工程师们采取了一系列措施。
在电池设计方面，采用合理的结构和材料，如选择热稳定性好的正极材料、具有高离子电导率和良好机械强度的隔膜等。
同时，优化电池的管理系统（BMS）也是关键。
BMS 可以实时监测电池的电压、电流、温度等参数，通过控制充放电过程，避免过充、过放和过热等情况的发生。
此外，加强电池的热管理也非常重要。
采用有效的散热方式，如风冷、液冷等，确保电池在工作过程中温度保持在安全范围内。
动力锂离子电池安全问题及其解决方案
的产生 。 同时锰酸 锂 稳 固 的结 构 ，使 其氧 化 性能远 远低 于钻 酸 锂 ，分解 温 度超 过钴
酸 锂 １ Ｏ℃ ，即 使 由于 外 力 发 生 内部 短 ０ 路 （ 刺 ） 外部 短 路 、过 充 电时 ，也 完 针 、 全 能够 避 免 了 由于 析 出金 属 锂 引发 燃烧 、
过 。 磷 酸铁 锂 的可 逆 容 量 可 以达 到 １０ ６
ｍＡ ／。 ｈｇ
锰酸锂和磷酸铁锂的比较 ：就 目前的情
况看 ，锰酸 锂价 格较低 ，技 术较 成 熟 ， 已有
磷酸铁锂对 电解液的氧化能力低 ，具有
更 好 的安全性 ，可 以用来做 更 大的 电池 。表 １为 常 用 正极 材 料 的差 热 扫描 分 析 （ Ｃ） ＤＳ 数据 ，总放热量 越 高 ，其 热稳定 性越 差 。从 表 １中 可 以 看 出 ，磷 酸 铁 锂表 现 出很 好 的 热稳 定性 ，这是 由其 结构 所决定 的 。在磷 酸
多余 的锂 离子 游离 到 负极 形成 枝 晶 。钴酸 锂材 料 的理 论 比能 量是 超 过 每 克 ２ ０ｍＡｈ的 ，但 ７
为保 证其 循环性 能 ，实 际使用 容量 只 有理 论容 量 的一半 。在使 用过 程 中 ，由于某 种原 因 （ 如 管理 系统 损坏 ） 导致 电池充 电电压过 高 ，正 而 极 中剩余 的一部 分锂就 会脱 出 ，经 电解 液 到 负 极表面 以金 属锂 的形 式沉 积形成 枝 晶。 枝 晶刺
嘻
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为了保 障动力锂离子 电池使用的安全性 ，
电动汽 车 、 电动 自行车 用锂 离子 电池 的有 关标
准 中都 规定 了电池 安 全性能 的 条款 ，主 要测 试 项 目包括过放 电、过 充 电、短 路 、跌 落（ 振动 冲
动力电池的循环寿命和安全性考量
动力电池的循环寿命和安全性考量随着电动车的普及，动力电池作为电动车的重要组成部分，对其循环寿命和安全性的考量变得尤为重要。
本文将探讨动力电池的循环寿命和安全性的关键因素，并介绍相关的考量方法和技术。
一、动力电池的循环寿命考量动力电池的循环寿命是指电池能够持续进行放电和充电的次数，其循环寿命的长短直接影响电动车的使用寿命和性能稳定性。
以下是一些影响动力电池循环寿命的关键因素：1. 锂离子迁移：锂离子在正、负极之间的迁移是循环过程中的关键步骤。
过高或过低的锂离子迁移速率会影响动力电池的循环寿命。
因此，在电池材料设计和电解液配方中需要考虑锂离子的迁移速率。
2. 电池温度管理：高温会加剧电池内部化学反应的速度，从而缩短电池循环寿命。
因此，电池的温度管理非常重要，可以通过设计散热系统、控制充电速率等手段来降低温度。
3. 充电和放电速率：过高的充电和放电速率会导致电池内部反应紊乱，损伤电池结构，从而降低循环寿命。
因此，在充电和放电过程中，需要合理控制速率，避免过高的充放电速率。
4. 充放电深度：充放电深度是指电池在使用过程中的储能和输出电量的比例。
过高的充放电深度会导致电池内部化学材料的损耗加剧，从而降低循环寿命。
因此，需要根据实际需求合理控制充放电深度，避免过度充放电。
二、动力电池的安全性考量动力电池的安全性是电动车发展的关键问题之一。
以下是一些影响动力电池安全性的关键因素：1. 电池热管理：电池温度过高会引发热失控，导致电池燃烧甚至爆炸。
因此，电池热管理技术非常重要，可以通过传感器监测电池温度，设计散热系统等手段来控制温度。
2. 电池结构设计：电池结构设计需要考虑防护、隔离和冗余等因素，以确保在电池故障时，电池内部短路或电池损坏不会对整个车辆系统产生严重影响。
3. 安全监测与控制系统：动力电池需要安全监测与控制系统来实时监测电池状态，当出现异常情况时，及时采取相应措施，保障车辆安全。
4. 充电基础设施的安全性：充电基础设施的安全性也是保障动力电池安全性的重要环节。
锂离子电池的安全性问题
定 性 通 常 较 差 ， 易 释 放 出 氧 气 ，而 碳 酸 酯 极 易 与 氧 气 反 应 ，放 出 大 量 的 热 和 气 体 ； 产 生
记 本 电脑 电 池 爆 炸 所 引起 的 。 ２ ０ 年 ８ ０ ６ 月计 算机 生产 商戴尔 和苹 果公 司分别 宣布 回收 ４ １ ０
万 枚 和 １ ０ 枚 笔 记 本 电 脑 锂 离 子 电 池 ， 回 万 ８
和体 积 大小 直接 相 关 。 容 量 高 的 电池 通 常对 应较 高 的放 热 量 ，而体 积大 的电池 （ 其散热 堆） 相 对 困 难 ，热 量 更 容 易 被 累积 ，从 而 导 致热
功 制约 锂 离子 电 池 向 大 型化 、高 能 化 方 向发
展的 瓶颈 。
兰整 丝塑兰 堡 ！ 困 ！ 篁 塑
电 池 外 部 的 氧 气 作 用 ，可 能 发 生 燃 烧 甚 至 爆
过 热 、 破 裂 导 致 起 火 。 而 对 于 更 大 的 动 力 电 池 组 ， 安 全 问 题 更 为 突 出 ， 因 此 安 全 问 题 成
炸 的 危 险 。 锂 离 子 电 池 的 安 全 性 与 电 池 容 量
材 料 和 设 计 ，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
２ 电极 材料 与电解质共 存体 系的热稳定 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 、针 刺 穿 透 以及 挤 压 等 情况 下 ，导 致 电极 和 有 机 电解 液 之 间 的强 烈 作 用 ，如 有 机 电解 液 的 剧
锂电池安全问题汇总及常见预防措施
锂电池安全问题汇总及常见预防措施锂离子电池热失控过程电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。
从本质上而言，“热失控”是一个能量正反馈循环过程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。
不严格的划分，电池热失控可以分为三个阶段：锂离子电池热失控过程图第1阶段：电池内部热失控阶段由于内部短路、外部加热，或者电池自身在大电流充放电时自身发热，使电池内部温度升高到90℃～100℃左右，锂盐LiPF6开始分解；对于充电状态的碳负极化学活性非常高，接近金属锂，在高温下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应，进一步把电池温度推高到150℃，此温度下又有新的剧烈放热反应发生，例如电解质大量分解，生成PF5,PF5进一步催化有机溶剂发生分解反应等。
第2阶段：电池鼓包阶段电池温度达到200℃之上时，正极材料分解，释放出大量热和气体，持续升温。
250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。
第3阶段：电池热失控，爆炸失效阶段在反应发生过程中，充电态正极材料开始发生剧烈分解反应，电解液发生剧烈的氧化反应，释放出大量的热，产生高温和大量气体，电池发生燃烧爆炸。
锂离子电池材料的安全性负极材料负极材料虽然比较稳定，但嵌锂状态下的碳负极在高温下会与电解液发生反应。
负极与电解液之间的反应包括以下三个部分：SEI的分解；嵌入负极的锂与电解液的反应；嵌入负极的锂与黏结剂的反应。
常温下电子绝缘的SEI膜能够防止电解液的进一步分解反应。
但在100℃左右会发生SEI膜的分解反应。
锂离子电池各种放热反应的温度区间与反应焓在更高温度下，负极表面失去了SEI膜的保护，嵌入负极的锂将与电解液溶剂直接反应有C2H4O产生，可能为乙醛或氧化乙烯。
嵌入锂的石墨在300℃以上与熔融的PVDF–HPF共聚物发生如下反应：反应热随着嵌锂程度的增加而增加，反应热随黏结剂种类不同而不同。
锂离子动力电池安全性及解决方法
锂离子动力电池安全性及解决方法在新能源汽车进展过程中，除价格高、续驶里程短和充换电基础设施不足外，动力安全性是消费者和专业人士关注的重点。
这个问题也影响到了动力电池比能量的提升。
“进展防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液是应对动力电池安全性的关键。
”武汉大学艾新平教授在上海举办的第14届中国国际工业博览会新能源汽车产业进展高峰论坛上强调。
锂离子动力电池不安全行为的发生机制艾新平分析指出，锂离子动力电池除了正常的充放电反应外，还存在很多潜在的放热副反应。
当电池温度或充电电压过高时，很简单引发这些放热副反应。
重要的过热副反应包括:1.SEI膜在温度高于130℃时分解，使电解液在暴露的高活性碳负极表面大量还原分解放热，导致电池温度上升。
这是引发电池热失控的根本原因。
2.充电态正极的热分解放热，及进一步由活性氧引发的电解液分解，加剧了电池内部的热量积累，促进了热失控。
3.电解质的热分解导致电解液分解放热，加快了电池温升。
4.粘结剂与高活性负极的反应。
LixC6与PVDF反应的起始温度约为240℃，峰值290℃，反应热为1500J/g。
重要的过充副反应为，有机电解液氧化分解，产生有机小分子气体,导致电池内压增大，温度上升。
当放热副反应的产热速率高于动力电池的散热速率时，电池内压及温度急剧上升，进入无法掌控的自加温状态，即热失控，导致电池燃烧。
电池越厚，容量越大，散热越慢，产热量越大，越简单引发安全问题。
锂离子动力电池不安全行为的引发因素重要包括下述3种情况引起的短路:①隔膜表面导电粉尘、正负极错位、极片毛刺和电解液分布不均等工艺因素；②材料中金属杂质；③低温充电、大电流充电、负极性能衰减过快导致负极表面析锂，振动或碰撞等应用过程。
此外，还有大电流充电导致的局部过充，极片涂层、电液分布不均引起局部过充，正极性能衰减过快等过充因素。
锂离子动力电池安全技术的进展电池安全设计制造、PTC限流装置、压力安全阀、热封闭隔膜及提高电池材料的热稳定性等常规方法，有其局限性，只能在肯定程度上降低电池不安全行为的发生概率。
电动汽车锂离子动力电池安全性问题的分析
随 着汽 车数 量 的逐 渐增 多 。环 境 污染 和 石 油 资 源 匮 乏 的 问题 日益 显 著 ，电 动汽 车 因其 绿 色 环 保 、 能量 来 源多 元化 、能源 利 用效 率 高等 优 点 ．世 界各 国都 在 积极 努力 地 研究 发 展能 够替 代 传 统汽 车 的 电 动汽 车 。 目前 ，电动汽 车 用动 力 电池 包 括超 级 电 容 器 、铅 酸 蓄 电池 、锂离 子 电池 、金 属 氢 化物 镍 蓄 电 池 、锌 空气 蓄 电池 。其 中锂 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 ，其 具 有 电压 高 、比能量 高 、循 环性 能 好等 优 点 ，在 电动 汽 车 动 力 电池 中受 到广 泛 应用 ；但 由于其 在 实 际使 用 过程 中安 全事 故频 发 ，其安 全性 越来 越 受到 重视 。
中图 分 类 号 ：Ｕ ４ ６ ３ ． ６ ３ ３ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ３ — ８ ６ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） １ ２ — ０ ０ ５ １ — ０ ３ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｏ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｌｉ Ｂａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ ＥＶ
１ 动 力 电池安 全性 试验 标 准要 求 为 了保 证 动力 电池 的性 能 及 安 全 性 ，２ ０ ０ ９ 年７
装形 式 可分 为 “ 软 包装 ”和 “ 硬 包装 ”两 种 。其 中 “ 软 包 装 ” 的优 点 是 遇 到 异 常 情况 会 膨 胀 至 外 部 包 装 破 裂 ，不 易 发生 爆 炸 等 事 故 ；缺点 是 外 壳 薄 弱 ， 尖 锐物 体 能够 轻易 刺 人 电池 。 “ 硬包 装 ” 的缺 点 是 遇 到异常情况相对 “ 软 包 装 ”容 易 发 生 爆 炸 等情
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被过充。
电流: 0.5C
1C = 450 mA
采用修饰隔膜的方形C/LiFePO4电池的过充电曲线，电池设计容量: 450 mAh
J.K. Feng, X.P. Ai, Y.L. Cao, H.X. Yang, J.Power Sources 161 (2006) 545–549; L.F. Xiao, X.P. Ai *, Y.L. Cao, H.X. Yang, Electrochem. Comm.7 (2005) 589–592 S.L. Li, X.P. Ai ∗, H.X. Yang, Y.L. Cao, J. Power Sources 189 (2009) 771–774 S. L. Li, X. P. Ai*, H. X. Yang. J. Power Sources, 184 (2008) 553-556 S. L. Li, X. P. Ai*, H. X. Yang, J. Power Sources, 196 (2011) 7021–7024.
例如：防短路技术 电池自发的充电电压钳制技术-防过充 自发的热控制技术 防燃烧技术—阻燃
防止短路 防止引发 防止过充 避免热失控 避免事故 避免燃烧
1、防止电池内部短路的技术途径 保护涂层：陶瓷隔膜、负极热阻层
2、防过充技术
管理系统可以有效控制电池电压，但无法控制极片各区域的电势，因此不 能防止电极的局部过充。
二甲氧基苯衍生物：
稳定的电压钳制能力，但因溶解度低，
钳制能力小（＜0.5C)；电池自放电
大。尚需在Shuttle分子的结构上开 展进一步研究。
J.R. Dahn,et.al.
Electrochemistry Communications 9 (2007) 1497–1501
（2）、电压敏感隔膜
在隔膜部分微孔中填充一种 电活性聚合物，在正常充放电 电压区间隔膜呈绝缘态，只允 许离子传导；而当充电电压达 到控制值时，聚合物被氧化掺 杂成为电子导电态，在电池正 负极之间形成聚合物导电桥， 导致充电电流旁路，避免电池
X. P. Ai.et.al. Temperature-sensitive Cathode Materials for Safer Lithium-ion Batteries. Energy & Environmental Science, 2011, 4, 2845–2848. 国家发明专利：ZL 200610019960.8
290℃，反应热可达1500J/g。
放热副反应总结
LiC6/溶剂
SEI膜分解
Li/溶剂
镍基 正极分解 Li/粘结剂
溶剂 热分解
锰基 正极分解
LiC6/粘结剂
主要的过充副反应
水溶液电池体系：
有机电解液电池体系： 有机电解 液氧化分解 有机小分 子气体＋Q
内压增大
温度升高
不安全行为发生机制 热失控
相对来说，工艺及材料因素引起的 短路容易避免，但应用过程中造成的 短路和局部过充无法限制，因此纯粹 的工艺控制无法保障电池安全性
隔膜表面导电粉尘
工艺 因素
正负极错位 极片毛刺 电解液分布不均等
短路
材料 因素
材料中金属杂质 负极表面析锂
放热 副反应
电池 温升
应用 过程
低温充电
大电流充电 负极性能衰减过快 震动、跌落、碰撞等
第六届北京动力锂离子电池技术及产业发展论坛
Sep.20th, 2011, 北京
锂离子电池不安全行为的发生机制 锂离子电池不安全行为的引发因素 关于锂离子动力电池安全性的几点看法 提高锂离子动力电池安全性的新技术
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在锂离子电池中，除了正常的充电-放电反应外，还存在许多潜 在的放热副反应。当电池温度过高或充电电压过高时，易被引发！
The charge–discharge property of the LiCoO2–PTC composite electrode at different temperature
PTC电极：可有效防止因外部过充和短路等引起的热失控，能在很 大程度上改善电池的安全性，但对内部短路无能为力！
X.M. Feng, X.P. Ai, H.X. Yang, Electrochem. Comm. 6 (2004) 1021–1024
（2）、温度敏感电极材料
Schematic illustration of the structure and working mechanism of LiCoO2@ P3DT particles.
原理：在电极材料的表面包覆纳米级厚度 的聚合物PTC材料，使材料具有正温度系数 敏感性质。当温度升高时，材料表面失去 电子导电性质，电化学反应被中止，从而 防止热失控反应的发生。
活性氧 引起电解液分解
贫锂态正极的热分解放热，以及进一步引发的电解液分解，加剧了电 池内部的热量积累，促进了热失控的发生！
主要的过热副反应（3）
3、电解质的热分解
电解质的热分解导致的电解液分解放热进一步加快了电池的温升！
主要的过热副反应（4）
4、粘结剂与高活性负极的反应
文献报道LixC6与PVDF的反应温度约从240℃开始，峰值出现在
4、防止电池燃烧的技术途径 —阻燃性或不燃性电解液
有机磷酸酯: 高阻燃、对电解质盐强溶解能力 例如：DMMP（二甲氧基甲基磷酸酯）— 低粘度 (cP ~1.75, 25℃), 低熔 点、高沸点(-50 ~181℃ ) , 强阻燃 ( P- content: 25%) , 锂盐溶解度高
The CVs of typical cathode materials in LiClO4 – DMMP electrolyte.
又如：TMPP[ Tri-(4-methoxythphenyl) phosphate]
Charge–discharge curves of prismatic C/LiCoO2 batteries filled with 1.0 mol L−1 LiClO4 + 10% Cl-EC +DMMP. I=0.2C
X.P.Ai.H.Yang,et. al, J. Power Sources 177 (2008) 194–198
cycling stability compared with uncoated LiCoO2 material at constant current of 40 mA g-1.
CV curves measured in 1 M LiPF6 in EC-DMC at a scan rate of 0.1 mv s-1
A cross-section image of the PTC electrode
4.8
In 1M LiPF6 EC+DMC
c b a
4.4
4.0
Voltage / V
3.6
3.2
2.8
100℃
0 40 80
80℃
120 160
20℃
200 240
Time / min
CV curves of the LiCoO2–PTC composite electrode
比能量
200Wh/Kg 120Wh/Kg
由于受制于正极材料的热稳定性，现有动力电池只能选择热安全性较好但 比能量低的正极材料，制约了动力电池的发展。
要求未来新材料既具有高比能量又具有良好的热稳定性不太现实。如： xLi2MnO3· (1-x)LiMO2 (M= Mn, Ni, Co) 容量：280mAh/g可大幅度提高电池比能 量，但同样存在热分解问题。因此，安全性 技术需要优先发展。
3、防止热失控的技术
(1)、温度敏感电极（PTC电极)
集流体 PTC涂层 活性层
Polymer Resin
Conductive Material
常温
高温
LiCoO2
PTC
Al foil
The dependence between electric resistance and temperature of epoxy-based PTC,
A TEM image of the typical LiCoO2@P3DT particles
Temperature dependence of the DC conductivity for a. pdoped P3DT only and b. LiCoO2@p-doped P3DT particles.
LixC6与PVDF反应+Q
热失控是导致电池发生 正极分解+溶剂催化分解+Q LiPF6分解+溶剂热分解+Q LixC6与电解液反应（SEI分解）+Q
电池爆炸、燃烧
不安全行为的根本原因，
但是否发生与电池的产热 速率、产热量、热传导速
度、环境温度与湿度等密
切相关，因此，电池安全 性是一个几率问题！
短路、过充等
过充
可参见王秉刚主任博客：
大电流充电导致的局部过充 极片涂层、电液分布不均引起的局部过充 正极性能衰减过快等
1、磷酸铁锂电池理论上并不绝对安全
热稳定性：磷酸铁锂正极》过渡金属氧化物正极 电池安全性：磷酸铁锂电池》其它体系锂离子电池
由于正极材料的热分解只是热失控反应的一部分，理论上磷 酸铁锂电池也并非绝对安全！大容量电池的装车需慎重！
Electrochemical performances of the LiCoO2@ P3DT material at differen池内部各微区的温度变化，原则上是抑制电池 热失控的最有效方案之一，但聚合物PTC材料的温度响应特性还有待优化。
2、通过安全性检测的产品并不能说明安全
（1）、安全性是一个几率问题，电池检测的数量不足以暴露安全性问题 假定大容量单体电池发生安全事故的几率：万分之一 动力电池系统 〉1/100 （2）、现有的检测方法不够严格 仅考察了新电池，事实上使用后的电池安全性问题更严重！ 应该大幅加强安全性的考核力度 如：检测全充放循环一定周次后的电池； 经历低温充电后的电池； 对电池模块和电池组进行安全测试等