什么是鋰離子電池?動(dòng)力鋰電池安全問題探討

來源：存能電氣  日期：2019-05-24 11:22  瀏覽量：次

　　什么是鋰離子電池？動(dòng)力鋰電池安全問題探討。鋰離子電池標(biāo)稱電壓3.7V(3.6V),充電截止電壓4.2V。由于鋰離子電池自身具有一定的內(nèi)阻，在輸出電能為純電動(dòng)提供動(dòng)力的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當(dāng)自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時(shí)將會(huì)損害整個(gè)電池的壽命和安全。

　　什么是鋰離子電池？

　　鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中，Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。

　　鋰離子電池是現(xiàn)代高性能電池的代表，由正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液四個(gè)主要部分組成。鋰離子動(dòng)力電池在移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、攝像機(jī)、照相機(jī)等、部分代替了傳統(tǒng)電池。大容量鋰離子電池已在電動(dòng)汽車中試用，將成為21世紀(jì)電動(dòng)汽車的主要?jiǎng)恿﹄娫粗?，已?jīng)在人造衛(wèi)星、航空航天和儲(chǔ)能方面得到應(yīng)用。

　　除了鋰離子電池電壓高之外，由于鋰離子動(dòng)力電池組的保護(hù)板能夠?qū)γ恳粋€(gè)單體電池進(jìn)行高精度監(jiān)測，低功耗智能管理，具有完善的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護(hù)、鎖定自恢復(fù)功能以及可靠的均衡充電功能，大大的延長了電池的使用壽命。

　　動(dòng)力鋰電池安全問題探討

　　影響動(dòng)力鋰電池安全性能的因素貫穿了一個(gè)動(dòng)力電池從電芯選材到使用終結(jié)的生命周期的始終，因此原因復(fù)雜多樣層次豐富。電芯材料本身，電芯的制造過程，電池集成中關(guān)于BMS(電池管理系統(tǒng))和安全性方面的設(shè)計(jì)和使用工況都是鋰離子電池安全性表現(xiàn)的影響因素。

　　在這些環(huán)節(jié)中，出現(xiàn)制造誤差和濫用工況是無論如何也難以避免的，所以在這個(gè)現(xiàn)實(shí)條件下，對動(dòng)力鋰電池發(fā)生熱失控的預(yù)案設(shè)計(jì)就顯得尤其重要。鋰電池管理系統(tǒng)(BMS)在動(dòng)力電池的使用中被寄予解決關(guān)鍵問題的厚望。管理系統(tǒng)需要管理電池及其一致性，使其在不同條件下(溫度，海拔高度，最大倍率，電荷狀態(tài)，循環(huán)壽命)獲得最大的能量儲(chǔ)存、往返效率和安全性。

　　BMS包括一些通用的模塊：數(shù)據(jù)采集器，通訊單元和電池狀態(tài)評估模型。隨著動(dòng)力鋰電池的發(fā)展，對BMS的管理能力要求也更多更嚴(yán)苛。增加了比如熱量管理模塊，高壓監(jiān)控模塊。通過這些安全性模塊的增加，可望改善動(dòng)力鋰電池在使用過程中的安全可靠性。

　　目前廣泛使用的商用電解質(zhì)的可燃性和液體狀態(tài)對安全性來講不是特別理想的選擇。如果采用鋰離子電導(dǎo)率σLi+>104Scm1的固態(tài)電解質(zhì)，就可以一方面阻止鋰支晶刺破隔膜到達(dá)正極從而解決安全性問題，另一方面也可以解決負(fù)極與碳酸鹽電解質(zhì)接觸和正極與水性電解液接觸時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)定性問題。

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　　冷卻方式的提升

　　熱管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)控制溫度，確保電池一直處在一個(gè)合理的運(yùn)行溫度下。通常，熱管理系統(tǒng)由整車控制器控制，在電池包溫度異常時(shí)，通過空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)散熱或者加熱，保證電池安全以及壽命。

　　內(nèi)部材料及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

　　內(nèi)部改進(jìn)即從電芯內(nèi)部的材料結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造，從而使鋰電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點(diǎn)來說，發(fā)展固態(tài)電解液；對正負(fù)極進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造；以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內(nèi)部提升電池?zé)嵝阅艿闹髁鞣椒ㄖ弧?/span>

　　隨著鋰離子電池的發(fā)展，原材料的發(fā)展，鋰離子電池的安全性有了突破性進(jìn)展。設(shè)計(jì)良好的散熱結(jié)構(gòu)和電池保護(hù)電路和管理系統(tǒng)都有利于提高鋰離子電池的安全性，所以大容量動(dòng)力鋰電池的安全問題有望得到解決。