锂动力电池经过近年来的发展,已取得了长足的进步,由于目前尚处于发展阶段,随着对锂动力电池体系、锂动力电池材料等安全性问题的深入研究,需从设计、生产、使用方的共同努力解决锂动力电池安全性,避免不安全因素的发生,促进锂动力电池的健康发展。
热失控是锂动力电池安全研究中的一个关键问题,热失控是锂动力电池使用中最为严重的安全事故,锂动力电池热失控是我们最不愿意看到、应极力避免的安全事故,提高锂动力电池的安全性、避免热失控的发生需要从锂动力电池配方设计、结构设计和锂动力电池组的热管理设计上多管齐下,共同提高锂动力电池热稳定性,减少热失控发生的可能性。
锂动力电池的安全性问题概括起来称为“热失控”,当锂动力电池达到一定的温度之后,就不可控了,温度直线上升,然后就会燃烧爆炸。
锂动力电池组内各锂动力电池单体之间的电压不一致是不可避免的,因此,一旦BMS未能具体监控到任何单体锂动力电池的电压,具有最低电压的电芯将被过度放电。过放电滥用的机制与其他滥用形式不同,其潜在的危险可能被低估。在过放电期间,锂动力电池组中具有最低电压的锂动力电池单体可以被串联连接的其他锂动力电池强制放电。在强制放电期间,极点反转,锂动力电池电压变为负值,导致过放电锂动力电池异常发热。
过放电可能导致锂动力电池容量下降,在过度放电的过程中,阳极的过度脱锂会导致SEI的分解,从而产生CO或CO2等气体,导致锂动力电池膨胀。一旦锂动力电池在过放电后再充电,将在阳极表面形成新的SEI。同时,再生的SEI层改变了阳极的电化学性能,电阻增加,因此容量下降。
锂动力电池在过放电过程中,阴极的形态将发生了变化,阴极过渡金属化合物将导致固态非晶化,致使阴极材料将失活,导致快速的容量降低。除了容量降低之外,铜集电器的溶解以及铜的内部迁移和沉积会导致内部短路。一旦阳极电位达到铜的溶解电位(3.5V),铜就可以从集电器电解为Cu2+离子。溶解的铜离子迁移通过膜并在阴极侧形成具有较低电位的铜枝晶。随着生长不断升高,铜枝晶可能穿透隔膜,导致严重的内部短路,如果锂动力电池在过度放电后循环,内部短路可能引发热失控。
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