八、 锂离子电池的安全性
锂离子电池的安全性问题,其内在原因是电池内部发生了热失控,热量不断的累积,造成电池内部温度持续上升,其外在的表现是燃烧、爆炸等剧烈的能量释放现象。
电池是能量的高密度载体,本质上就存在不安全因素,能量密度越高的物体,其能量剧烈释放时的影响就越大,安全问题也越突出。汽油、天然气、乙炔等高能量载体,也都存在同样的问题,每年发生的安全事故,数不胜数。
不同的电化学体系、不同的容量、工艺参数、使用环境、使用程度等,都对锂离子电池的安全性有较大的影响。
由于电池存储能量,在能量释放的过程中,当电池热量产生和累积速度大于散热速度时,电池内部温度就会持续升高。锂离子电池由高活性的正极材料和有机电解液组成,在受热条件下非常容易发生剧烈的化学副反应,这种反应将产生大量的热,甚至导致的“热失控”,是引发电池发生危险事故的主要原因。
锂离子电池内部的热失控,说明电池内部的一些化学反应已经不是我们此前所期待的“可控”和“有序”,而是呈现出不可控和无序的状态,导致能量的快速剧烈释放。
那么,我们来看看,都有哪些化学反应,会伴随大量的热产生,进而导致热失控。
1. SEI膜分解,电解液放热副反应
固态电解质膜实在锂离子电池初次循环过程中形成,我们既不希望SEI膜太厚,也不希望它完全不存在。合理的SEI膜存在,能够保护负极活性物质,不跟电解液发生反应。
可是当电池内部温度达到130℃左右时,SEI膜就会分解,导致负极完全裸露,电解液在电极表面大量分解放热,导致电池内部温度迅速升高。
这是锂电池内部第一个放热副反应,也是一连串热失控问题的起点。
2. 电解质的热分解
由于电解质在负极的放热副反应,电池内部温度不断升高,进而导致电解质内的LiPF6和溶剂进一步发生热分解。
这个副反应发生的温度范围大致在130℃~250℃之间,同样伴随着大量的热产生,进一步推高电池内部的温度。