鋰電（diàn）池的安全性、檢測及解決（jué）方案

近些（xiē）年，由（yóu）於電池安全問題引發的事故比比皆是，很（hěn）多（duō）問題造成的後果（guǒ）觸目驚心，比如震驚業界的波（bō）音787“夢幻（huàn）”客機鋰電池（chí）起火事件，以及SamsungGalaxy Note 7 大範圍的電池起火爆炸事件，給鋰（lǐ）離子電（diàn）池的安全（quán）性問題（tí）再次敲響了警（jǐng）鍾。

一、鋰離子電池的組成及（jí）工作原理

鋰離（lí）子電池主要由正極、負極、電解液、隔膜以（yǐ）及外部連接、包裝部件構成。其中，正極、負極包含活性電極物質、導電劑、粘結劑等，均（jun1）勻塗布於銅箔和鋁箔集流體上（shàng）。鋰離子電池的正極（jí）電位較高，常為嵌鋰過渡金屬（shǔ）氧化物，或者聚陰離（lí）子化合物，如鈷酸鋰、錳（měng）酸鋰、三元、磷酸鐵（tiě）鋰等；鋰離子電池負極物質通常為碳素（sù）材料，如石墨和非石墨化碳等；鋰離子電池（chí）電解液主（zhǔ）要為非水溶液，由有機混合溶劑和（hé）鋰鹽構成，其中溶（róng）劑多為碳酸之類有機溶劑，鋰鹽多為單（dān）價聚陰離子鋰鹽，如（rú）六氟磷酸鋰等；鋰離子電池隔膜多為聚乙烯、聚丙稀（xī）微孔膜，起到隔離正、負極物質（zhì），防止（zhǐ）電子通過引起（qǐ）短路，同時能（néng）讓電解液（yè）中離子通過的作用。

在充電過程中，電池內部，鋰以（yǐ）離子形式從正極脫出，由電解液傳輸穿過隔膜，嵌入到負極中；電（diàn）池外部（bù），電子由外電路遷移到負極。在放電過程中：電池內部鋰離子從負極脫出、穿過隔膜，嵌入到正極中；電池外部，電子由外電路（lù）遷移到正極（jí）。隨（suí）著充（chōng）、放電，遷移於電池間的是“鋰（lǐ）離子”，而非單質“鋰”，因（yīn）此電池被稱為（wéi）“鋰離子電池”。

二、鋰離子電池的安（ān）全隱患

一般來說，鋰（lǐ）離子電池出現安全問題表現為燃燒甚至爆炸，出現這些問題的根源在於電池內部的熱失控，除（chú）此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會（huì）發熱，如果產生的熱量超過了電池熱量的耗散能力（lì），鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發生SEI膜（mó）的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應和（hé）負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。

1、正極材料的（de）安全隱（yǐn）患

當鋰離子電池使用（yòng）不當時，導（dǎo）致電池內部溫度的（de）升高，使（shǐ）正極材料會發生活性物質的（de）分解和電（diàn）解液的氧化。同時，這兩種反應能夠產生大（dà）量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態對活（huó）性物質晶格轉變、分解溫度（dù）和電池的熱穩定性影響相（xiàng）差很大。

2、負極（jí）材料的安全（quán）隱患

早期使（shǐ）用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池（chí）在多次充放電後易產生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發生爆炸。嵌鋰化合物能（néng）夠有效避免鋰枝晶的產生，大大提高鋰（lǐ）離子電池的安全性。隨著溫（wēn）度的升高，嵌（qiàn）鋰（lǐ）狀態下的碳負極（jí）首先與電解液發生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與（yǔ）嵌鋰人造石墨（mò）反應的放熱速率遠大於與嵌（qiàn）鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。

3、隔膜與電解（jiě）液的安全隱患

鋰（lǐ）離子電（diàn）池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高（gāo）溫下易發生熱分解，並與微量的水以及有機溶劑之間（jiān）進行（háng）熱化學反應，降低電解液的熱穩定性（xìng）。電（diàn）解液有機溶劑為碳酸酯類，這類（lèi）溶劑沸點（diǎn）、閃點較低，在高溫下容易（yì）與鋰（lǐ）鹽釋放PF5的反應，易被（bèi）氧化。

4、製造工藝中的安全隱患（huàn）

鋰離子（zǐ）電池在製造過程中，電極（jí）製造、電池裝配等過程都會對電池的安全（quán）性產生影響（xiǎng）。如正極和負極混料、塗布、輥壓（yā）、裁片或衝切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸（zhū）道工序的質（zhì）量控製，無（wú）一不影響電池的性能和（hé）安全性。漿料的均勻度決定了活性物質在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料（liào）細度太大，電池（chí）充放電時會（huì）出現負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現金（jīn）屬鋰的析出；漿料細度太小會（huì）導致電池內阻過大。塗布加熱溫度過（guò）低（dī）或烘幹時間不足會使（shǐ）溶劑（jì）殘（cán）留，粘（zhān）結劑部分（fèn）溶解，造成部分活性物質容易（yì）剝離（lí）；溫（wēn）度過高可能造成粘結劑炭（tàn）化，活性物質脫落造成電池內部短路。

5、電池使用過程中的安全（quán）隱患

鋰離子電池在使用過程中應該（gāi）盡可能減少過充電或者（zhě）過放電，特別對（duì）於單體容量高的電池，因熱擾動可能會引發一係（xì）列放熱副反（fǎn）應，導致安全性問題。

三、鋰離（lí）子（zǐ）電池安全檢（jiǎn）測指標

鋰離子電池生產（chǎn）出來後，在（zài）到達消費者手中之前，還需要進行一係列檢測，以盡量保證電池的安全性，降低安全隱患。

1、擠（jǐ）壓測試：

將充滿電（diàn）的電池放在一（yī）個平麵上，由油壓缸施與13±1KN的擠壓（yā）力，由直徑為32mm的鋼棒平麵擠壓電池，一旦擠壓壓（yā）力到達（dá）較大停止擠壓，電池不起火（huǒ），不爆炸即可。

2、撞擊測試：

電池充滿電後，放置在一（yī）個平（píng）麵（miàn）上，將直徑15.8mm的鋼柱垂直置於電池中（zhōng）心，將重量9.1kg的重（chóng）物從610mm的高度自由落到電池上方的鋼柱上。電池不起火（huǒ）、不爆炸即可。

3、過充（chōng）測試：

將（jiāng）電池（chí）用1C充滿電（diàn），按照3C過充10V進行過充試驗，當電池過充時電壓上（shàng）升到一定電壓時穩定一段（duàn）時間，接近一定時間時電池電壓快速上升，當上升至一定限度（dù）時，電池高帽拉斷，電壓跌至0V，電池（chí）沒有（yǒu）起火、爆炸即可。

4、短路測試：

將電（diàn）池充滿電後用電阻（zǔ）不大於50mΩ的導線將電池正負極短路（lù），測試電池（chí）的表麵溫度變化，電池表（biǎo）麵最高溫度為140℃，電池蓋帽拉開，電池不（bú）起火、不爆炸。

5、針刺測試：

將充滿電的電池放（fàng）在一個平麵上，用直徑3mm的鋼針沿徑向將電池刺穿。測試電池不起火、不爆炸（zhà）即可。

6、溫度循環測試：

鋰離子電池溫度（dù）循環試驗是（shì）用來模擬鋰離子電池（chí）在運輸或貯存過程中，反複暴露在低溫和高溫環境下，鋰離子電池（chí）的安全性，試驗是利用迅速和（hé）極（jí）端的溫度變化進行的。試驗後樣品應不起火（huǒ）、不爆炸、不漏液。

四、鋰離子電池（chí）安（ān）全性解決方案

針對鋰離子電池在材料、製（zhì）造和使用過程中的諸多安全隱患，如何對容易產生安全問題的（de）部分進行改（gǎi）進，是鋰離子電池製（zhì）造商需要解決的問題。

1、提高電（diàn）解液的安全性

電解液與正、負電極之間均（jun1）存在很高的反（fǎn）應活性，尤其在高（gāo）溫下，為了提高電池的安全（quán）性，提高電解液的安全性是比較有效的方法之（zhī）一。通過加入功能添加（jiā）劑、使用新型鋰鹽以及使用新型（xíng）溶（róng）劑（jì）可以有效解決電解液的安全隱患。

根據添加劑功能的不同，主要可以分為以（yǐ）下幾（jǐ）種：安全保護添加劑、成膜添加劑（jì）、保護（hù）正極添加劑、穩定鋰鹽添加劑、促鋰沉澱添加劑、集（jí）流體防腐添加劑、增強浸潤性添加劑等。

為了改善商用（yòng）鋰（lǐ）鹽的性能，研究者們對（duì）其進行了原子取代，得到了許多衍生物，其中采用全氟（fú）烷基取代原子得到的化合物具有閃點高、電導率近似、耐水性增強等諸多優點，是一類很有應（yīng）用前景的鋰鹽化合物。另外，以（yǐ）硼原子為中心原（yuán）子、與氧配體螯合得到的陰離子鋰鹽，具有很高的熱穩定性。

對（duì）於溶（róng）劑方麵，很多研（yán）究者提出了一係列新（xīn）型的有（yǒu）機溶劑，如羧酸酯、有（yǒu）機醚類有機溶劑（jì）。另外，離（lí）子（zǐ）液體也（yě）有一類安全（quán）性高（gāo）的電解液，但是相對普遍使用（yòng）的碳酸酯類電（diàn）解液，離子液（yè）體的粘度高個數量級，電導率、離子自擴（kuò）散係數較低，離實用化還有很多工作要（yào）做。

2、提高電極（jí）材料（liào）的安全性

磷酸鐵鋰以及三元複合材料被認為是成本低廉、“安全性優良”的正極材料，有可能在（zài）電動（dòng）汽（qì）車產業中普及應（yīng）用。對於正極材料（liào），提（tí）高其安（ān）全性的常見方法為包覆修飾，如用金屬氧化物對正極材料進行表（biǎo）麵包（bāo）覆，可以阻（zǔ）止正（zhèng）極材料與電解（jiě）液之間的直接接觸，抑製正極物質發生相變，提高其（qí）結構穩定性，降（jiàng）低晶（jīng）格中陽離（lí）子的無序性，以降低副反應產熱（rè）。對（duì）於負極材料，由於其表麵（miàn）的往往是鋰離（lí）子（zǐ）電池中很容易發生熱（rè）化學分解並放熱的部分，因此（cǐ）提（tí）高SEI膜的熱穩定性是提高負極（jí）材料安全（quán）性的關鍵方法。通過微弱氧化、金屬和金屬氧化物沉積、聚合物或者碳（tàn）包（bāo）覆，可（kě）以提高負極（jí）材料熱穩定（dìng）性（xìng）。

3、改善電池的安全保護設計

除了提（tí）高電池（chí）材料的（de）安全性，商品鋰（lǐ）離子（zǐ）電池采用的許多安全（quán）保（bǎo）護措施（shī），如設置電池安全閥（fá）、熱溶保險絲（sī）、串聯具有（yǒu）正溫度係（xì）數（shù）的部件、采用熱封閉隔（gé）膜、加載（zǎi）專用保護電（diàn）路、專用（yòng）電（diàn）池管理係統等，也是增強安全性的手段。

4、鋰離子電池檢測設備保駕護航

設備名稱 型號

電芯熱濫用試驗箱 GAG-H210

電芯短路試機GAG-H211

電芯低氣壓試驗箱 GAG-H212

溫度循環試（shì）驗（yàn）箱 GAG-H213-150

電池跌落試驗機 GAG-202

電芯燃燒試機 GAG-H213

電芯重（chóng）物衝擊試驗機 GAG-H214

伺服擠（jǐ）壓試驗機 GAG-H215-20T

高低溫交變試驗箱 GAG-E201-1000

電磁（cí）振動台 EDS-300

機械衝擊試驗台 GAG-H215

對新能源汽車來說，電池無疑是一個很重要的零件。而電池的安全（quán）性是大家公認為非常重（chóng）要（yào）的（de）一個性能參數。樱桃小视频科技認為電（diàn）池的（de）安全性能測試內容主要包括過充、短路、衝擊、加熱、針刺等。電池要在規（guī）定（dìng）的時間內經過各項測試（shì）不起火不（bú）爆炸不漏（lòu）液才是合格的。