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    鋰離子電池燃燒或爆炸的原因

    鋰離子電池以其高比能量、較高的工作電壓、體積小、重量輕等優點已成為移動通訊、筆記本電腦等便攜式電子產品的主要電源之一。然而,鋰離子電池在充放電過程中由于使用不當,會出現鼓脹燃燒或爆炸的危險;特別是在濫用條件下(如受熱、過充、短路、振動、擠壓等),電池會出現燃燒、爆炸乃至人員受傷等情況。因此,研究鋰離子電池的爆炸機理對提高鋰離子電池的安全性有重要的意義。

    鋰離子電池燃燒或爆炸的可能性主要如下:

    一、當鋰離子電池受熱時,電池內部的反應如一個反應鏈,各個反應相互 促進,依次進行。首先是SEI膜分解放出熱量加熱了電池,促使負極與溶劑的反應放出更多的熱量,導致負極與粘結劑的反應、溶劑分 解,接接著正極開始進行熱分解反應,放出大量的熱與氣體,最后導 致電池燃燒或爆炸。

    二、在鋰離子電池充電初期,電流通過電池時一部分電能轉化為熱能,歐姆極化也產生一部分熱量,但電池表面溫度上升的很慢;當電池達到 全充滿狀態時,由鋰離子繼續的嵌入反應變成鋰金屬在負極表面的沉積,溶劑被氧化(由過充引起的溶劑的氧化反應放出的熱量遠遠高于可逆狀態下鋰離子與溶劑反應放出的熱量)放出的熱量加熱了電池;隨著電池溫度升高,金屬鋰與溶劑反應、嵌鋰碳與溶劑反應相繼發 生,熱量失控,同時伴隨發生溶劑的分解、粘結劑與鋰金屬的反應。

    三、短路、針刺和撞擊對鋰離子電池造成的危害大致相同。短路時,電流通過電池的瞬間產生大量的熱,加熱電池,使電池溫度升高到正極分解的溫度,正極熱分解又導致電池熱量失控;針刺速度很快時,在針刺的部位造成局部短路并產生大量的熱,使電池內部溫度升高到正極熱分解的溫度;當鋰離子電池受到撞擊時,電極上過電壓損失產生熱量,促使溶劑與負極的反應,放出的熱量又進一步加熱電池,促使正極熱分解反應發生,導致熱量的失控 。

    四、鋰離子電池的設計

    a正負極容量比:電池在使用的過程中,在不同程度都會有所破壞,那就要求負極的嵌鋰空間至始至終都要比正極的脫嵌的鋰離子空間大。如在設計時,沒有考慮負極余量的大小,會造成析鋰,刺穿隔膜,造成短路。

    b尺寸:電池的隔膜收縮與極片的寬度,當隔膜收縮過大,極片會引起短路。

    c放電電流:在設計時根據產品的使用放電電流來設計極片的面密度壓實極耳類型等。當面密度過大,壓實過高,極耳截面較小時,大電流放電,會產生析鋰,產生大量的熱造成電池爆炸。

    d防爆結構:當電池內壓達到一定的壓力時,進行排氣減壓的功能防止電池殼體爆炸。目前采用的有刻痕防爆,排氣閥部件。

    e保護系統:對電池進行保護過充過放過流短路。

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