锂离子电池安全性及影响因素分析.pptx

>>> 如 果 你 有 以 上 2 - 3 种 症 状，就 说 明 您 的 肾 脏 已 经 发 出 了 警 报：这时 候“ 肾 脏 ”已 经 出 现 警 报，需 及 时 诊 断 调 理 。男 性 健 康 金 牌 顾 问 ：薇X：msdf003
电解液
• 电解液由溶剂和导电盐组 成（六氟磷酸锂（LiPF6） 目前应用范围最广 ）
放电容量 /mAh
716. 7
690
685
660. 2
651. 5
637
610. 3
591
570
内阻/mΩ 厚度/mm
43 46 79 77 84 87 85 167 253
4.22
4.2 3
4.2 6
4.27
4.30
4.3 1
4.31
4.4 0
4.4 5
IR/mohm
250 200 150 100
• SEI膜形成：锂离子导体电 子的不良导体
• 热稳定性研究 • 添加剂研究：成膜、防过
充、阻燃
SEI膜形成示意图
电池安全性的解决措 施
原则：必须兼顾电池的性能.
• 正负极和电解液等新材料开发 ，选用热力学更稳 定的材料
• 电池设计：不同形状、负极与正极容量比；
• 电池制造过程：浆料质量、涂布质量等，优化电 池工艺
电池安全-不安全的能量触发过程图
初始能量 热扰动
是 散逸的热量≥
产生的热量
否
产生温升 ΔT
锂离子电池安全性实质
否 是否产生新 是
的放热反应
电池是否发生 是 是否起火、 否
热失控
爆炸
否
是
安全
不安全
锂离子电池组成成分的热行为研究
ARC、DSC等方法研究，在锂离子电池中发生的重要放热反 应有：
①SEI膜的分解； ②嵌入锂与电解液的反应； ③嵌入锂与氟化物粘结剂的放热反应； ④电解液分解放热； ⑤正极活性材料分解； ⑥过充电时沉积出的金属锂会与电解液发生反应； ⑦金属锂与粘结剂的反应； ⑧由于过电位和欧姆阻抗，电池在放电过程中产生热量。
结晶性变差。
c
b a
10
20
30
40
50
60
70
80
2-Theta/degree
LiCoO2正极不同循环状态的XRD图形 (a) 新鲜电极；(b) 1次循环后；(c) 200次循环后
Cu 002
C的结构未 发生明显的变化
Intensity/cps
004
Cu
b
a
10
20
30
40
50
60
70
80
2 theta/degree
为何研究锂离子电池安全性？
1.自身特点决定
①能量密度很高； ②有机溶剂； ③缺乏“再化合” 功能。
2.期望应用决定
组合电池如果不能精确均衡 控制，对某个单体来讲，无 异于滥用。
Shi等使用ARC对18650型电池的研究表明， 满充电的电池在93℃开始产生放热反应， 在123℃产生热失控反应
负极 材料
铝的熔化
热量 /Jg-1
350 -190 -90 600 450 450 250 1500 -395
说明
钝化膜破裂 吸热 吸热
释氧温度T200 释氧温度T230 释氧温度T300
能量较低 剧烈的链增长
吸热
备注：电解液体系为1MLiPF6/PC/EC/DMC(1:1:3)
研究内容
（1）对新电池及循环过电池耐滥用能力研究，揭示电池 发生热失控及不安全的原因。 （2）对电池经高温搁置后性能的衰退与耐滥用能力研究， 揭示使用环境对电池安全性的影响。 （石性3L，）iM系对n统2电O研池4和究活复正性合极物材材质料料如，的正通选极过择材电对料池电L耐池iC热安oO安全2、全性镍性的酸和影锂过响、充。尖安晶全
锂离子电池安全性及影响因素分析
研究背景
锂离子电池在民用领域等方面获得广泛应用 大型化的安全问题备受关注
要求 ----长的循环寿命，高容量，小尺寸；
（1）移动电话： （2）数码产品：PDA, Blue Tooth……
（3）笔记本电脑
（4）电动自行车（EB） （5）电动汽车（EV）和混合动力汽车（ HEV）
负极不同循环状态的XRD图形 （a）1次循环后；(b) 200次循环后
Intensity/CPS
500
3CoO2→Co3O4+O2
0
10
20
30
40
50
2-Theta/o
60
电池循环125次后1C12V过充电 实验后粉末XRD图谱
50 0
50
100
150
200
Cycle number/n
电池经过不同循环次数后 电池循环200次后负极底部表面形貌
平均内阻
（颗粒状物为金属锂或含锂的化合物）
3. 电池循环过程中LiCoO2和C结构变化
a
b
c
出现裂纹，平均粒度下降， 颗粒间不再清晰
LiCoO2正极不同循环状态的SEM形貌 (a)新鲜电极；(b)1次循环后；(c)200次循环后
◆ 尿频尿急、夜尿增多（一夜3次以上）。
◆ 全身无力，易疲劳、易困倦，休息后不能缓解。
Biblioteka Baidu
◆ 睡眠不好或经常做梦，晨起仍觉很累。
◆ 房 ，事不足10分钟，举而不坚。
◆ 害怕跟爱人同，房，故意回避。
石墨
◆ 男性小便无力，总有排不尽的感觉。
◆ 姓功能减退，姓生活后腰酸、胀痛
◆ 结婚多年迟迟未怀孕
◆ 无力、阳wei、早xie；
b
SEI膜
锂或锂的 化合物
负极不同循环状态的SEM形貌 (b) 1次循环后；(c)200次循环后
Intensity/cps
003
graphite
101 012 006
104 015 107 018 110 113
LiCoO2的晶胞参数稍有增大 嵌锂能力下降 ，
有效活性颗粒尺寸变小
晶格发生一定畸变，
（5）对红外热成像仪观察到的电池不同倍率放电时电池 表面的热现象给予解释。
锂离子电池循环对安全性的影响
1.实验条件 实验电池选取：2000只，随机抽取500只，1次和每 25次后抽出40只测试。
2. 循环对电池特性的影响
经过不同循环后电池的平均放电容量、内阻和厚度
循环次数 1 25 50 75 100 125 150 175 200
• 安全保护电路 ：过充电保护、过放电保护和过电 流/短路保护
锂离子电池体系中各种材料的热行为
编号
1 2 2' 3 3' 3" 4 5 6
温度范围 /℃
110~150 130~180 160~190 180~500 220~500
130~220 240~350
660
化学反应
LixC6+电解质 PE隔膜熔化 PP隔膜熔化 Li0.3NiO2与电解质的分解 Li0.45CoO2与电解质的分解 Li0.1MnO4与电解质的分解 溶剂与LiPF6 LixC6与PVdF