從不同的角度分解鋰電池的安全性問題

近些年手機和筆記本電池燃燒爆炸早已不能吸引眼球，電動車爆燃和鋰電工廠的大火才算是新聞。而最近發生的SamsungGalaxyNote7大范圍電池起火爆炸事件，再次將鋰電池的安全性問題推到了風口浪尖。

除了使用狀況方面的外部因素，鋰離子動力電池的安全性主要取決于基本的電化學體系以及電極/電芯的結構、設計和加工工藝等內在因素，而電芯所采用的電化學體系則是決定電池安全性的最根本因素。筆者這里將從幾個不同的角度來分解鋰電池的安全性問題。

熱力學的角度：研究已經證實，不僅僅是在負極，正極材料的表面也傾覆一層很薄鈍化膜，傾覆在正負極表面的鈍化膜對鋰電池各方面性能均會萌生非常緊要的影響，并且這個特殊的界面問題惟有在非水有機電解液體系才存在。筆者這里要強調的是，從費米能級的角度而言，現有的鋰電池體系在熱力學上是不穩定的，它之所以能夠穩定工作是因為正極和負極表面的鈍化膜在動力學上隔絕了正負極與電解液的進一步反應。

因此，鋰電的安全性與正負極表面的鈍化膜的完整和致密程度筆直相關，認識這個問題對理解鋰電的安全性問題將是至關緊要的。

熱傳遞角度：鋰電池的不安全行為(包括電池在過充過放、快速充放電、短路、機械濫用條件和高溫熱沖擊等情況)容易觸發電池內部的危險性副反應而萌生熱量，筆直破壞負極和正極表面的鈍化膜。

當電芯溫度上升到130℃以后，負極表面的SEI膜分析，導致高活性鋰碳負極暴露于電解液中發生劇烈的氧化還原反應，萌生的熱量使電池進入高危狀態。當電池內部局部溫度升高到200℃以上時，正極表面鈍化膜分析正極發生析氧，并持續同電解液發生劇烈反應萌生大量的熱量并形成高內壓。當電池溫度達到240℃以上時，還伴隨鋰炭負極同粘結劑的劇烈放熱反應。

可見，負極表面SEI膜的破損從而導致高活性嵌鋰負極與電解液的劇烈放熱反應，是導致電池溫度升高進而引發電池熱失控的筆直原由。而正極材料的分析放熱只是熱失控反應其中的一個環節，甚至都不是最主要的因素。

磷酸鐵鋰(LFP)結構非常穩定通常狀態下不發生熱分析，但是其它危險性副反應在LFP電池中依然存在，因此LFP電池的“安全性只是相對意義上的。從以上分解我們可以看到，溫度控制對鋰電安全性的緊要意義。相對于3C小電池而言，大型動力電池由于電芯結構、工作方式和環境等多方面的因素導致散熱更加困難，因此大型動力電池系統的熱管理設計至關緊要。

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