【锂离子电池火灾安全的化学表达探析1600字】

锂离子电池火灾安全的化学表达分析锂离子电池的安全问题总的来说，当前的商业锂离子电池主要是由正极材料、负极材料、电解液和隔膜四个主要组件构成。其中，正极材料通常是嵌锂的金属化合物，包括层状结构的LiCoO2、LiNixCoyMn1-x-yO2，橄榄石结构的LiFePO4等等[10-12]。负极材料主要是石墨[13]，过渡金属氧化物，锡基和硅基材料等也是负极材料的研究方向[14,15]。电池的正极和负极被简称为电池的电极。隔膜通常是微孔的有机聚合物[16]。电解液通常是由有机溶剂和锂盐两个主要部分构成[17]。以LiCoO2为正极，石墨为负极的锂离子电池为例，其充放电的具体工作原理如REF_Ref52442092\h图11所示。锂离子电池根据电化学“脱嵌/嵌入”机理而实现工作。在充电过程中，Li+从正极活性材料LiCoO2中脱出，释放一个电子，Co3+氧化为Co4+，Li+经过电解质，穿过隔膜，迁移并嵌入到负极的石墨材料片层中，负极变为富锂态，正极变为贫锂态。同时外电路补偿电荷迁移到石墨负极，实现能量的储存；电池放电过程中，Li+从负极脱出后经过电解质嵌入正极，负极处于贫锂态，正极处于富锂态，实现能量的释放[18]。LiCoO2为正极的锂离子电池充放电过程中基本的电化学反应为：正极反应：LiCoO2←→Li1-xCoO2+xLi++xe-负极反应：xLi++xe-+nCn←→LixCn电池反应：LiCoO2+nC←→Li1-xCoO2+LixCnFigureSTYLEREF1\s1SEQFigure\*ARABIC\s11schematicdiagramofworkingprincipleoflithiumionsecondarybattery锂离子电池的问世大大推动了清洁能源发展，但是，发生在电动汽车、客机、货机的锂离子电池火灾事件不断发生，以及由于安全问题带来的锂离子电池消费品的召回事件，电池生产商、科学界、消费者等各界对锂离子电池的安全问题越发重视。电池制造商现在已经能够生产出高质量的锂离子电池，每生产106个电池，报告的安全事件不到一个；然而，单电池的故障率对于电动汽车行业来说仍然太高，因为电动车需要数百个大尺寸锂离子电池来构成电池组为车辆供电，因此，当组装在电池组中时，它们的故障率在统计上会大幅增加（几乎是103倍）[20]。此外，在恶劣的热环境和机械环境下工作，以电动车为例，动力锂离子电池的故障率将会更高。以下部分列举了近年来因锂离子电池导致的电动车起火燃烧事故，详见REF_Ref51577702\h表12。表STYLEREF1\s1SEQ表\*ARABIC\s12新能源车起火事件的不完全统计TableSTYLEREF1\s1SEQTable\*ARABIC\s12incompletestatisticsofnewenergyvehiclefireincidents序号时间地点事故车辆12020年8月20日福建省三明市北汽新能源22020年8月15日浙江省宁波市比亚迪32020年7月7日江西省南昌市江铃新能源42020年6月14日湖北省武汉市蔚来52019年8月10日广西省南宁市云度新能源62019年8月2日贵州省遵义市猎豹72019年4月21日上海市徐汇区特斯拉82019年3月25日广东省深圳市电动大巴当今，全世界都在努力研究锂离子电池的故障机理，并开发缓解技术，以提高其安全性能[21]。就研究锂离子电池的燃烧过程而言，虽然有众多学者对热失控机理展开了研究[22-27]，但是，从本质安全的角度来说，提高锂离子电池的安全性能的关键是要提升锂离子电池的构件的安全性，因此，充分研究关键可燃物质的燃烧行为是解决锂离子燃烧问题的一个先决条件，而迄今为止，少有针对锂离子电池组件的燃烧过程进行研究[28]。锂离子电池电解液的火灾危险性电解液为锂离子传输的介质，是锂离子电池的关键组成部分。理想的有机锂离子电解液具有高的离子电导率，工作温度和电化学窗口宽等特性。电解液主要由锂盐(常见的锂盐有LiPF6、LiBF4、LiClO4等[29,30])和有机溶剂构成。电解液的有机溶剂需要具有较高的介电常数和较低的粘度，因此电解液中的有机溶剂一般由介电常数高的环状碳酸酯和粘度较低的线性碳酸酯有机溶剂混合构成。一些常用的有机溶剂的部分性质如下表所示(REF_Ref51664861\h表13)。表STYLEREF1\s1SEQ表\*ARABIC\s13电解液中常用有机溶剂的物理性质TableSTYLEREF1\s1SEQTable\*ARABIC\s13physicalpropertiesoforganicsolventscommonlyusedinelectrolytes有机溶剂熔点℃闪点℃沸点℃介电常数粘度环状结构碳酸乙烯酯(EC)3914524889.61.86碳酸丙烯酯(PC)-49.2128241.764.42.53线性结构碳酸甲乙酯(EMC)-53231083.00.65碳酸二甲酯(DMC)317900.590.59碳酸二乙酯(DEC)-43251272.80.75电解液中的有机溶剂常是熔点和闪点极低的甲类火险物质，是锂离子二次电池中最容易燃