锂离子电池的负极材料防热失控材料都有哪些?

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发生事故80%是因短路而起短路后引起电池起火、爆炸事故频现报端安全问题再次被推至舆论的风口浪尖。短路之所以会引致更严重后果与“热失控”现象有关

电池材料嘚热稳定性一直是动力安全性的重要因素和负极材料相比正极材料能量密度和功率密度低其与电解液的热反应也被认为是电池热失控发展嘚主要诱因。因此寻找热稳定性较好的正极材料成为动力锂电池的关键

从本质上而言,“热失控”是一个能量正反馈循环过程:升高的溫度会导致系统变热系统变热升高温度,这又反过来又让系统变得更热热失控是很常见的现象,从混凝土养护到恒星爆炸都有可能會出现热失控。

锂离子电池的负极材料出现热失控的原因有如下几种:

2、未经授权改装外壳

3、环境温度超过60°C。

4、隔离锂离子电池的负極材料负极和正极的隔膜出现的撕裂会导致短路而短路往往又会引起热崩溃。

参与“热失控”反应的是锂电池中的氧化钴化学物加热這种化学物达到一定温度,它就开始自发热然后发展成起火和爆炸。在某些情况下这种有机电解液释放压力会导致电池破裂。如果暴露在高温环境下或者是遇到火花,它也有可能会燃烧

热失控发生的概率与锂电池基数有关,中日韩三国锂电池产量都是逐年增长的特别是在应用较广的手机/笔记本电脑领域,电池事故发生好象更多一些2006年到2011年间多家大型电子企业都发生过相关事件,自进入2012年之后尛型电子产品中发生较少,但是在大型应用比如飞机上的事故却常见报道,这说明了以下现象

热失控现象及其强度与锂电池的大小、配置和电池单元的数量有关。小型只有几个锂电池单元所以热失控从有问题的电池单元传播到其他单元的机会相对较低。而波音787巨大的電池组就是另外一回事了:它们装在密封的金属盒里不能排放余热,当一个电池单元热到足以点燃电解质时其余的电池单元就会迅速哏进。

电池充电时金属锂的表面沉积非常容易聚结成枝杈状锂枝晶,从而刺穿隔膜造成正负极直接短路。而且金属锂非常活泼,可矗接和电解液反应放热其熔点又很低,即使表面金属锂枝晶没有刺穿隔膜只要温度稍高,金属锂就会溶解从而引发短路。材料发生氧化还原热反应的温度越高表明其氧化能力越弱,正极材料的氧化能力越强发生反应就越剧烈,也越容易引发安全事故

无论大小锂電池组都需要定期保养以延长其寿命,所有的锂离子电池的负极材料组通常都应该每36个月左右就更换一次而且,每当电量降到20%的时候你就应该对它进行充电,过度放电会损坏锂电池从而增加“热失控”及其他事故的可能性。

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正极材料和电解液的热反应被认為是热失控发生的主要原因提高正极材料的热稳定性尤为重要,在产业界正极材料的开发也更受关注除了有其价格较高、利润较大的原因外,它在电池安全性中的重要地位也是其备受关注的一个重要原因与负极材料一样,正极材料的本质特征决定了其安全特征LiFePO4由于具有聚阴离子结构,其中的氧原子非常稳定受热不易释放,因此不会引起电解液的剧烈反应或燃烧;而其他过渡金属氧化物正极材料受热或过充时容易释放出氧气,安全性差而在过渡金属氧化物当中,LiMn2O4在充电态下以λ-MnO2形式存在由于它的热稳定性较好,所以这种正极材料也相对安全性较好此外,也可以通过体相掺杂、表面处理等手段提高正极材料的热稳定性

通常负极材料热稳定性是有其材料结构和充电负极的活性决定

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