第五讲锂离子电池材料ppt课件.ppt

《第五讲锂离子电池材料ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五讲锂离子电池材料ppt课件.ppt（86页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第五讲 锂离子电池材料,第一部分锂离子电池基本知识,1. 1 锂离子二次电池的概况,锂是金属中最轻的元素，且标准电极电位为-3.045 V，是金属元素中电位最负的一个元素。且锂离子可以在TiS2和MoS2等嵌入化合物中嵌入或脱嵌。,锂离子电池：分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。,5,LIB电池具有工作电压高、比能量高、容量大、循环特性好、重量轻、体积小等优点，而且LIB无记忆效应，不需将电放尽后再充电；LIB自放电小，每月在10以下，Ni/MH

2、电池自放电一般为30-40。仅2000年，日本就销售了4亿多只Li电池。,移动电话Li电池,数码相机Li电池,笔记本Li电池,锂离子电池的优点,锂离子电池的缺点,1、安全性能问题：需复杂的保护线路；2、放电倍率低：1 C 2 C；3、易于老化：存储的锂离子电池照样会容量衰竭；4、价格昂贵。,一般认为，锂离子电池起火爆炸是由于其内部化学原理和成分导致的。由于人们想在单位密度中储存更多的能量，这就导致了锂离子电池中碳、氧和易燃液体的含量不断增加。与此同时除了正极、负极以及隔离膜之外，锂离子电池内部还充满了一种非常易燃的液体锂盐类电解质。电池充电时，负极的锂离子向正极移动，电池在使用过程中，锂离子又

3、回到负极以提供能量。在充完电的状态下，失去大部分离子的负极非常不稳定。这个温度足以使负极分解和释放氧。随着热量积蓄，电池将会进入“热失控”状态。此时电池内部的温度将会极快地升高，最后到达电解液的燃点而起火爆炸。在最近导致众多大厂笔记本电脑过热和起火的SONY锂电池中，正是因为在电池制造过程中混入了过多的金属颗粒，容易在电池使用过程中发生短路、产生火花。才导致了这些锂离子电池的不稳定。,2022/11/13,8,锂离子电池的研究始于 20 世纪 80 年代。1980 年阿曼德（Amand）提出了“摇椅电池” （ Rocking chair ）概念后，日本SONY和SANYO公司分别于 1985

4、年和 1988 年开始了锂离子二次电池（Lithium Ion Battery，简称LIB）的研究。这种电池的正负极均采用可供锂离子自由嵌脱的活性物质，并以适合于Li+迁移的锂盐溶液或固体聚合物为电解质。,1.2 锂离子二次电池发展历史,2022/11/13,9,1990年日本索尼公司采用可以使锂离子嵌入和脱嵌的碳材料代替金属锂和采用可以脱嵌和可逆嵌入锂离子的高电位氧化钴锂正负极材料和与正负极能相容的LiPF6 EC + DEC电解质（乙烯碳酸脂（EC）加入不同的醚和线性碳酸脂而形成EC电解液体系）后，终于研制出新一代实用化的新型锂离子蓄电池。,2022/11/13,10,锂离子电池1990

5、年问世以来发展十分迅速，在短短几年内，在各种不同领域不断取代铅酸电池、镍镉电池及氢镍电池。1995年，镍镉电池的销售额占整个小型充电电池市场的 60%，氢镍电池占 29%，锂离子电池只占 12%。,1996 年美国Bellcore公司公开报导了一种采用聚偏氟乙烯（PVDF）凝胶聚合物电解质制造成的聚合物锂离子电池。这种电池由于其重量轻、安全性高而受到人们的青睐；此外，它还可以设计成任意形状，且可以不用金属外壳，适合作为各类电子设备的支撑电源。M.Gauthier等人对聚合物锂离子电池在不同温度下做了六年以上的贮存实验，发现在低于 40下几乎没有显著的自放电现象。基于这些认识，国际上一些著名的集

6、团和企业，如美国的USABC、3M，法国的CNRS和日本的SONY等纷纷致力于聚合物锂电池的开发及生产，以寻求技术和市场的先机。之后，锂离子电池的研究，如材料的各种合成方法、可逆电极反应机理、电解质的研制、各种电化学测试及结构测试等研究迅速展开。,到 2000 年，锂离子电池上升到55%，氢镍电池下降到 23%，镍镉电池下降到 22%。2003 年锂离子电池进一步上升到 69%，世界锂离子电池产量为 12.55 亿只, 氢镍电池下降到10%，镍镉电池下降到 20%。氢镍电池急剧下降是由于失去手机电池市场，镍镉电池仍维持 20%左右的份额是由于它仍是电动工具市场的主流产品。,2022/11/13

7、,13,2004 年上升到 15.78 亿只2007 年锂离子电池产量达到 26 亿只预计 20072015 年的平均增长率为 7%。全球锂离子电池的生产以日本公司为主，SONY公司最多，还有SANYO、NEC，韩国的LG、SAMSUNG，美国的GS、A&T和Maxell以及中国的比亚迪、比克、力神等公司。,锂离子电池的市场1,锂离子电池的市场2,1.3 锂离子电池的种类,根据锂离子电池所用电解质材料不同，锂离子电池可以分为1、液态锂离子电池(lithium ion battery, 简称为LIB)2、聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery, 简称为LIP),

8、相同点：液态锂离子电池和聚合物锂离子电池所用的正负极材料与液态锂离子都是相同的，电池的工作原理也基本一致。一般正极使用LiCoO2，负极使用各种碳材料如石墨，同时使用铝、铜做集流体。区别：主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。,锂离子电池的种类,1.4 锂离子电池的应用与发展前景,锂离子电池的应用,手机中的锂离子电池,电动自行车中的锂离子电池,电动汽车中的锂离子电池,发展电动汽车用大容量电池；提高小型电池的性能；加快聚合物电池的开发以实现电池的薄型化

9、。这些方向都与所用材料的发展密切相关，特别是与负极材料、正极材料和电解质材料的发展相关。,锂离子电池的发展方向,锂离子电池的命名,圆柱形锂离子二次电池的命名：用三个字母和5位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示圆柱形(R)，前两位数字表示以mm为单位的最大直径，后三位数字表示以0.lmm为单位的最大高度，如LIR18650即表示直径为18mm，高65mm的圆柱形锂离子电池。方形锂离子二次电池的命名：用三个字母和6位数字来表示，前两个字母表示锂离子电池(LI)，后一个字母表示方形(S)，前两位数字表示以mm为单位的最大厚度，中间两位数字表示以mm为单位的宽度，后两位数字以

10、mm为单位的最大高度，如LIS043048即表示厚度为4mm，宽30mm，高48mm的方形锂离子电池。,第二部分锂离子电池的原理和特性,锂离子电池的额定电压为3.7V。电池充满时的电压（称为终止充电电压）一般为4.2V；锂离子电池终止放电电压为2.75V。如果锂离子电池在使用过程中电压已降到2.75V后还继续使用，则称为过放电，对电池有损害。,锂离子电池比较骄贵。如果不满足其充电及使用要求，很容易出现爆炸，寿命下降等现象。因为锂离子电池对温度、过压、过流及过放电很敏感，所以所有的电池内部均集成了热敏电阻（监控充电温度）及防过压、过流、过放电保护电路。,2.1 锂离子电池的结构,此结构一般为液态

11、锂离子电池所采用,也是最古老的结构之一，偶尔在较早的手机上还能找到它的影子。目前大多数用在笔记本电脑的电池组里面。,安全阀,正温度系数的电阻元件,卷边压缩密封,现今最普遍的液态锂离子电池形态， 广泛的应用在各个移动电子设备的电池组里面，特别是手机电池。左图画面是sanyo生产的UP383450，即3.8mm*34mm*50mm，标称容量达到650mAh。,方形电池的正极往往是一种金属陶瓷或金属破璃绝缘子它实现了正极与壳体之间的绝缘。,激光焊接,此种可充电的锂离子电池不常见，容量不大在几个到几十mAh之间,应用领域也不广泛。,2022/11/13,28,锂离子电池内部由三层结构卷绕在钢壳内，由正

12、极（LiCoO2）、负极（C）与隔膜（聚丙烯及聚乙烯复合而成）组成。电池内部采用多种措施以确保安全：当内部气体超出额定范围，其安全阀将自动释放气体，以防止电池爆炸。电化学原理LIB电池是一种Li离子浓度差电池，充放电中，Li离子在正负极之间往返嵌入和脱嵌。,2.2 锂离子电池的工作原理,29,充电时，Li离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入负极，使负极处于富Li离子态，正极处于贫Li态；放电时，Li离子从负极脱嵌进入正极。,2022/11/13,Prof. Guoyou GAN,Faculty of MSE,KMUST,30,“Rocking chair” Li-ion Battery M.

13、Armand 1980,+,-,e-,e-,e-,e-,Li+ conducting electrolyte,LiCoO2,LixC6 Graphite,charge,discharge,Li+,Li+,Electrode reactions on charge: Cathode oxidation : LiCoO2 Li1-xCoO2 + xLi+ + xe- Anode reduction : xLi+ + xe- + C6 LixC6,discharge is the opposite,2022/11/13,31,锂离子电池电极反应,电池反应: 6C+LiCoO2,用户在使用电池的时候往

14、往发现，原装电池在使用1年，甚到半年左右的时间就报废了，这是因为简单的充电方式惹的祸。,锂离子电池的充电方法,标准充电：在环境温度 205 的条件下，以 0.5C5A 恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压 4.20V 时，改为恒压充电，直到充电电流小于 0.01C5mA ，停止充电。,快速充电：在环境温度 205 的条件下，以 1C5A 恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压 4.2V 时，改为恒压充电，直到充电电流小于0.01C5mA ，停止充电。,三、聚合物锂离子电池,聚合物锂离子电池：是指电解质使用固态聚合物电解质（SPE）的锂离子电池。组成：电池由正极集流体、正极膜、聚合物电解质膜、

15、负极膜、负极集流体紧压复合成型，外包封铝塑复合薄膜，并将其边缘热熔封合，得到聚合物锂离子电池。由于电解质膜是固态，不存在漏液问题，在电池设计上自由度较大，可根据需要进行串并联或采用双极结构。,3.1 聚合物锂离子电池的概念,3.2 聚合物锂离子电池,这就是聚合物锂离子电池的典型结构,图中的结构称为卷绕式,也有层叠式的,其外面包裹上一层复合铝箔后基本形状就象右面的图片.(注右面的聚合物锂离子典型为sony生产的UP293559,即厚度为2.9mm,长宽为35mm*59mm, 不算两个极耳的尺寸),3.3 锂离子电池的工作原理,3.4 聚合物锂离子电池的历史,聚合物锂离子电池具有以下特点：塑形灵活

16、性，可随意设计外形；更高的质量比能量（3倍于MH-Ni电池）；电化学稳定窗口宽，可达5V；完美的安全可靠性，耐过充，无漏液；更长循环寿命，容量损失少；体积利用率高；广泛的应用领域；超薄，重量更轻，无需金属外壳。,3.5 聚合物锂离子电池的性能特点,其工作性能指标如下：工作电压：3.8V；比能量：130Wh/kg，246Wh/L；循环寿命：300；自放电：0.1%/月；工作温度：253-328K；充电速度：1h达到80容量；3h达到100%容量；环境因素：无毒。,3.6 聚合物锂离子电池的缺点,聚合物锂离子电池的缺点：1、低能量密度（相对于液态锂离子电池）；2、生产成本昂贵；3、没有标准外形。,

17、四、锂离子电池材料,2022/11/13,43,锂离子电池材料有数十种，如正负极活性物质、电解质溶液、聚合物隔膜、电解质盐、电解质添加剂、正负极导电添加剂、正负极粘结剂、正负极集流片、正负极极耳、正温度系数开关、绝缘垫片、密封环、防爆片、电池壳等。,2022/11/13,44,对锂离子电池负极材料的要求在锂嵌入的过程中电极电位变化较小，并接近金属锂；有较高的比容量；有较高的充放电效率；在电极材料的内部和表面，锂离子具有较高的扩散速率；具有较高的结构稳定性、化学稳定性和热稳定性；价格低廉，容易制备；,4.1 负极材料,2022/11/13,45,几个与负极材料有关的概念,电化学容量：单位质量的活

18、性物质充电或放电到最大程度时的电量，一般用mAh/g表示。不可逆容量损失：在充放电过程中，电极的充放电效率低于100，及放电的电化学容量低于充电，损失的部分被称为不可逆容量损失。电极电位：理想的负极材料的电极电位应与金属锂接近，随锂的嵌入量不同变化不大。石墨的电极电位在0.4 V到0.0 V之间变化，是比较合适的负极材料。充放电倍率：反应电池充放电的快慢。循环性：电极材料在反复充放电过程中保持电化学容量的能力。电池循环性与电极材料的结构稳定性、化学稳定性、热稳定性有关。,2022/11/13,46,4.1.1 金属锂负极材料金属锂是比容量最高的负极材料。由于锂异常活泼，在使用中常发生短路等事故

19、，甚至爆炸起火；解决上述问题的研究主要集中在三方面：寻找替代锂的材料；采用聚合物电解质来避免锂与有机溶剂反应；改进有机电解液的配方。高效的金属锂作为负极的二次锂电池有望在21世纪初开发成功。,2022/11/13,47,4.1.2 合金类负极材料 为克服锂负极的安全性和循环性差等缺点，研究了各种锂合金作为新的负极材料，如LiAlFe、LiPb、LiAl、LiSn等。 相对于金属锂，锂合金负极避免了枝晶的生长，提高了安全性，但循环性仍没有解决。 为解决维度不稳定的缺点，采用了多种复合体系。 研究发现，用电沉积的方法制备纳米级的Sn及SnSb、SnAg金属间化合物，其循环性得到明显改善。纳米合金材

20、料在充放电过程中绝对体积变化较小，电极结构有较高的稳定性。,纳米合金材料 为了克服金属锂负极的安全性，曾研究了许多种合金体系。虽然一些锂合金可以避免枝晶生长，但经过多次充放电，由于体积的变化致使负极粉化，造成电池性能变坏。最近发现纳米级的Sn及SnSb、SnAg等金属间化合物可使电池的循环性能得到明显改善，有望在将来用于电池生产。,2022/11/13,49,4.1.3 碳负极材料： 用碳取代金属锂作负极，电池的安全性和寿命大大提高。性能优良的碳材料有充放电可逆性好、容量大和放电平台低等特征； 近年来研究的碳材料包括石墨、碳纤维、石油焦、无序碳和有机裂解碳； 不同碳材料在结晶度、粒度、孔隙度、

21、微观形态、比表面积、表面官能团、杂质等多方面存在差异，对其结构特征、化学性质与电化学行为的关系进行了广泛研究。,2022/11/13,50,4.1.4 氧化物负极材料： 可充放锂电池负极材料首先考虑的是一些含锂氧化物，如LiWO2、Li6Fe2O3、LiNb2O5等，当碳负极材料逐渐发展成主流方向后，仍有研究小组未放弃对氧化物负极的研究。 Fuji公司在1994年申请了通式为M1Mp2Mq4的负极材料。其中，M1、M2为Si、Ge、Sn、Pb、P、B、Al、As和Sb， M4为O、S、Se、Te。性能较好的是SnSi0.4Al0.2 P0.6O3.6，该工作1997年发表在Science上。,

22、4.1.5 纳米金属及金属间化合物,合金类负极材料一般高的比容量，典型的如Si、Sn、 Al、 In、 Zn、 Ge等，其中金属锡的理论比容量为990mAh/g，硅为4200mAh/g，远高于碳石墨的372 mAh/g。但锂反复的嵌入脱出导致合金类电极在充放电过程中体积变化较大,逐渐粉化失效，因而循环性能很差。,2022/11/13,52,4.2. 锂离子电池正极材料,嵌锂化合物正极材料的是锂离子的贮存库。为了获得输出电压较高的锂离子电池，作为电池正极的材料应具备以下条件：（1）相对锂的电极电位高，正极材料组成不随电位变化，离子电导率和电子电导率高，有利于降低电池内阻；（2）锂离子嵌入脱嵌可逆

23、性好，伴随反应的体积变化小，锂离子扩散速度快，以便获得良好的循环特性和大电流特征；（3）与有机电解质和粘结剂接触性良好，热稳定性好，有利于延长电池寿命和提高安全性能；（4）资源丰富，价格低廉，在空气中稳定、无毒等。目前，锂离子电池正极材料主要有层状的LiCoO2、LiNiO2，尖晶石型LiMn2O4，橄榄石型的LiFePO4以及三元复合材料LiMnxNiyCo1-x-yO2等。,2022/11/13,53,正极材料是锂离子电池发展的关键。目前广泛应用的锂离子电池正极材料是钴酸锂（LiCoO2），但由于钴酸锂中的Co在自然界中的储量小，价格比较昂贵，有一定的毒性，而且在充电的过程中，钴酸锂由于金

24、属锂的脱嵌部分变成CoO2，Co4+氧化性极强，容易引起燃烧、爆炸等安全事故。所以对发展大功率，大容量，需要多个单体电池串并联的动力电池来说，采用钴酸锂存在巨大的安全隐患。LiNiO2曾经被寄予希望，至今未有较大突破，虽然具有较高的容量，但在制备上存在较大困难，难以合成纯相的物质，而且存在一定的安全问题。LiMn2O4虽然价格便宜，安全性能好，但是其理论容量不高，循环寿命、热稳定性和高温性能较差。所以这些材料至今为止仍难以替代钴酸锂。,2022/11/13,54,1997 年，A.K.Padhi等首次报道磷酸铁锂（LiFePO4）能可逆的嵌入和脱嵌锂离子，可充当锂离子电池正极材料，引起了人们的

25、广泛关注。磷酸铁锂原料来源广泛、价格便宜、无毒、对环境友好、理论比容量高（约170mAhg-1），与其它锂离子电池相比具有相对适中的工作电压（3.4V，相对Li+/Li ），不仅兼顾了LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4材料的优点，而且热稳定好、安全性能优越、循环性能突出，被认为是标志着“锂离子电池一个新时代的到来”，特别是成为锂离子动力电池正极材料的首选材料。,2022/11/13,55,LiFePO4(011)面上的结构图,2022/11/13,56,几种正极材料LiCoO2 正极材料LiNiO2 正极材料尖晶石LiMn2O4正极材料LiFePO4正极材料三元复合材料LiMnxNiy

26、Co1-x-yO2,2022/11/13,57,锂离子二次电池正极材料性能比较表,锂离子电池正极材料性能比较,2022/11/13,59,4.3 电解质材料,电解质的作用是在电池内部正负极之间形成良好的离子导电通道。水溶液、有机溶液、聚合物、熔盐或固体物质，均可以作为电解质。 水溶液是目前应用最广泛的电解质。 有机电解液电池的输出功率比较低。 使用熔融无机盐作为电解质仅在高温下使用。 到目前为止，能够满足实用电池要求的聚合物或无机固体电解质仍十分有限。,锂离子电池的电解液是有机溶剂和无机盐构成的，采用LiPF6的乙烯碳酸脂（EC）、丙烯碳酸脂（PC）和低粘度二乙基碳酸脂（DEC）等烷基碳酸脂搭

27、配的混合溶剂体系。室温电导率平均约为-110-3 S/cm，比水溶液电解质低近两个数量级。因此，为了使商品锂离子电池能在较高电流下充、放电，电极必须很薄，以增加电极的总面积，降低电极的实际工作电流密度。,4.4 隔膜纸,锂离子电池常用的隔膜材料为： 1、PP（聚丙烯微孔膜） 2、PE（聚乙烯微孔膜） 3、PP/PE/PP（ 聚丙烯聚乙烯微孔膜）,隔膜采用聚烯微多孔膜如PE、PP或它们复合膜，尤其是PP/PE/PP三层隔膜不仅熔点较低，而且具有较高的抗穿刺强度，起到了热保险作用。,由于聚合物锂离子电池使用了胶体电解质不会象液体电液泄露，所以装配很容易，使得整体电池很轻、很薄。也不会产生漏液与燃烧

28、爆炸等安全上的问题，因此可以用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而可以提高整个电池的比容量；聚合物锂离子电池还可以采用高分子作正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50以上。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。基于以上优点，聚合物锂离子电池被誉为下一代锂离子电池。,外壳采用钢或铝材料，盖体组件具有防爆断电的功能。,4.5 外壳,三种锂电池结构比较,第五部分锂离子电池生产流程,电池生产流程,1、配料 将活性物质、导电剂、粘结剂、溶剂按照一定的比例均匀的混合在一起，配制成溶浆料的过程。 2、拉浆 通过设备将配置好的浆料均匀的粘附在集流体上的过程

29、。 3、制片 将拉浆制成的大片采用不同的设备制成满足工艺要求的卷绕的极片的过程。,4、卷绕 将极片、隔膜纸按照一定的层次，通过设备卷绕在一起并放入电池外壳内的过程 5、焊接 通过设备将电池的盖板和壳体焊接在一起的过程， 6 、 注液 将电解液注入电池壳体的过程,7、化成 电池制造后，通过一定的充放电方式将内部正负极活性物质激活，改善电池的充放电性能及自放电、贮存等综合性能的过程称为化成。 注：电池经过化成后才能体现其真实性能。 8、封口 通过一定的方法将注液孔密封起来的过程。 9、分容： 电池在制造过程中，因工艺原因使得电池的实际容量不可能完全一致，通过一定的充放电制度检测，并将电池按容量分容

30、的过程称为分容。,附：锂离子电池的安全性评估,锂离子电池的高温性能,电池充电结束后，将电池放入 602 的高温箱中恒温 2h ，然后以 1C5A 电流恒流放电至 2.75V 。放电时间不小于 54 分钟。后将电池取出在环境温度 205 的条件下搁置 2h, 电池外观无变形、无爆裂。,锂离子电池的低温特性,电池充电结束后，将电池放入 -102 的低温箱中恒温 2h 后，以 0.5C5A 电流恒流放电至终止电压 2.75V 。放电时间不小于 1.8h 。后将电池取出在环境温度 205 的条件下搁置 2h ，电池外观无变形、无爆裂。,锂离子电池的循环寿命,在环境温度 205 的条件下，以 1C5A

31、恒流充电，当电池端电压达到充电限制电压时，改为恒压充电，直到充电电流为 105mA ，停止充电；搁置 0.5h 1h ，然后以 1C5A 电流恒流放电至终止电压 2.75V ，搁置 0.5h1h ，再进行下一个充放电循环。直至连续两次放电容量小于 80% 的 1C5A 放电容量，认为寿命终止，循环寿命不小于 300 次。,内阻的增加，导致充电不足,锂离子电池的储存特性,0,25,40,60,过充试验,利用恒定电流持续给电芯充电，设定固定电压上限。电芯内部在负极上产生锂离子枝晶，刺穿隔膜是通过该试验最大的威胁。,短路试验,用小电阻的导线直接连接正负极，使电池形成超大电流回路，电池内部快速升温,针

32、刺试验,用铁针垂直穿透电池，持续形成内部短路,热冲击,把电芯放入高温箱中， 以标准规定的速度升温 ，持续的高温导致内部隔膜熔化，形成大面积内部短路 。,如何采购,1、选择使用锰酸锂材料的电池； 2、 委托权威部门进行安全性的检测，进行现场考验； 3、 开展长时间、大量的安全测试，以检测保护电路、电芯的可靠性； 4、 选择有实力的供应商为合作伙伴。,联想集团开发的安全锂离子电池,附： 锂离子电池的安全性问题,1. 锂电池为什么有安全性问题,1.1、内部短路是如何形成的：锂离子电池的最大的隐患是应用钴酸锂的锂离子电池在过充的情况下（甚至正常充放电时），锂离子在负极堆积形成枝晶，刺穿隔膜，形成内部短

33、路。 1.2、 产生大电流：外部短路，内部短路将产生几百安培的过大电流 。 i. 外部短路时，由于外部负载过低，电池瞬间大电流放电。在内阻上消耗大量能量，产生巨大热量。 ii. 内部短路，主要原因是隔膜被穿透，内部形成大电流，温度上升导致隔膜熔化，短路面积扩大，进而形成恶性循环 。,1.3、 气体是哪里来的：锂离子电池为达到单只电芯 3 4.2V 的高工作电压（镍氢和镍硌电池工作电压为 1.2V ，铅酸电池工作电压为 2V ），必须采取分解电压大于 2V 的有机电解液，而采用有机电解液在大电流，高温的条件下会被电解，电解产生气体，导致内部压力升高，严重会冲破壳体,1.4、 燃烧是如何发生的：热

34、量来源于大电流，同时在高电压（超过 5V ）情况下，正极锂的氧化物也会发生氧化反应，析出金属锂，在气体导致壳体破裂的情况下，与空气直接接触，导致燃烧，同时引燃电解液，发生强烈火焰，气体急速膨胀，发生爆炸。,1.5、 聚合物电池是否会有安全性问题：聚合物电池与锂离子电池的区别在于电解液为胶状、半固态，锂离子电池电解液为液态。所以，聚合物电池可以使用软包装，在内部产生气体时，可以更早的突破壳体，避免气体聚集过多，产生激烈涨裂。但聚合物电池并没有从根本上解决安全性问题，同样使用钴酸锂和有机电解液，而且电解液为胶状，不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧，燃烧是聚合物电池安全性最大的问题。,2. 如何解决大容

35、量锂电池的安全性问题,锂离子电池的安全性问题，并不是外围问题，而是一个基于材料技术的本质问题。,在材料技术上取得突破,2.1、 选择安全的正极材料，目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品。钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系，由于钴酸锂在分子结构方面的特点：充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶。所以手机电池频频发生爆炸事件，一方面是由于保护电路失效，但更重要的是在材料方面并没有根本的解决问题。同时钴酸锂的氧化性强，在 175 度

36、时就会分解，壳体泄漏，与空气接触，发生燃烧、爆炸。,在材料技术上取得突破,2.2、 选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂 100 度，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。,在材料技术上取得突破,2.3、 选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离电池正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至 2000 欧姆，让内部反应停止下来。 2.4、 防爆阀：当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂。2.5、 保护电路。,e d,Th,oo,r to,EESMopeningisMSE,