【《锂电池工作原理及安全问题分析》1600字】

I锂电池工作原理及安全问题分析目录TOC\o"1-3"\h\u8181锂电池工作原理及安全问题分析 188621.1锂电池的工作原理 140371.2锂离子电池的安全事故 31.1锂电池的工作原理锂电池具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍，且锂电池使用寿命可达到6年以上同时锂电池还具有自放电率低、重量轻、绿色环保，有较强的温度适应能力可在-45℃--60℃的环境下使用。现如今锂电池被广泛的应用在储能电网，新能源汽车、航空领域等各个方面。相应地锂电池在实际应用中可分为电池单体，电池组等形式。1970年，代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，金属锂作为负极材料，制成首个锂电池，1980年Goodenough等人[1]发现嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达4伏特的电压，更加一步证实了钴酸锂（LiCoO2,LCO）作为锂电池电极的应用价值，1982年伊利诺伊理工大学（theIllinoisInstituteofTechnology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman[2]发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用金属锂制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。首个可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。2018年7月15日，从科达煤炭化学研究院获悉，一种由纯碳作为主要成分的高容量高密度锂电池用特种碳负极材料在该院问世，这种由全新材料制备的锂电池可以实现汽车续航里程突破600公里[3]。当今市场上常见的电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（Li2Mn2O4）、镍酸锂（LiNiO2）、磷酸铁锂（LiFePO4）、镍钴铝三元（LiNixCoyAl(1-x-y)O2）等。锂电池负极材料多采用石墨。另外锂金属、锂合金、硅碳负极、氧化物负极材料等。锂电池的隔膜是一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构[4]，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过，市场上的隔膜材料主要是以聚乙烯（polyethylene，PE）、聚丙烯（polypropylene，PP）为主的聚烯烃（Polyolefin）类隔膜，其中PE产品主要由湿法工艺制得，PP产品主要由干法工艺制得其中PP产品相对更耐高温、密度比PE小、熔点和闭孔温度比PE高，环境适应能力更强等优点。锂离子电池电解液材料重点在于高安全性、高环境适应性，电解液是实现锂离子电池正、负极之间离子传导载体，大部分电解液是由浓度较高的有机溶剂，锂盐和一些添加剂组。常见的电解质锂盐有LiPF6、LiBF4、LiCIO、LIAsF6、LiCF3SO3等，常用的有机溶剂有碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯等[5]。图1.21为锂电池的结构图1.1锂离子电池的结构锂离子电池是一种充电电池，它主要是通过锂离子在正负极间来回移动来工作。充电池时，Li+从正极材料中出来，经过电解质嵌入负极此时电池负极处于富锂状态；放电时则相反。锂电池充放电时正负极反应如1.1~1.3式。充放电充放电正极反应：LiMxOy Li1-xMXOy+xLi++xe-（1.1）充放电充放电负极反应：nC+xLi++xe- LixCn （1.2）充放电充放电电池反应：LiMxOy+nC Li1-xMXOy+LixCn（1.3）锂电池正常充放电的过程中，锂离子在电池正负极之间的进出并不会破坏电极材料的结构。但在对电池进行过充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。1.2锂离子电池的安全事故锂离子电池虽然具有高效、节能、环保等优点但近年来它的安全问题也备大众受关注，电池火灾可发生在各种应用场所，比如手机、纯电动车、工厂等。下表1.1给出了部分近年来由锂离子电池热失控而造成的安全事故表1.1锂离子电池热失控而造成的安全事故时间事故地点事故诱因2018.01苹果手机爆炸瑞士（苏黎士）充电过程中突然爆炸2019.06江玲E400行驶过程中发生自燃中国（常州）行驶过程中突然起火2019.06宝马i3积水中自燃中国（武汉）积水中电池自燃2019.03特斯拉ModelS充电搁置时自燃中国（上海）充电自燃并蔓延2020.02纯电动客车静置自燃中（呼和浩特）电瓶漏液2020.02某超市设备房发生火灾中国（上海）电动工具锂电池故障起火2020.05南京依维柯行驶时自燃中国（深圳）追尾起火2020.05比亚迪秦proEV充电时自燃中国（深圳）充电自燃引起锂离子电池的安全问题常见的原因有：过充、过放、电池短路、热冲击、针刺以及电池生产工艺上的缺陷等均会导致热失控[6]发生。当电池发生热失控时其内部材料和电解液会发生反应释放出热量进而造成电池失火同时可能会伴随大量有毒气体和可燃气体[