什么是鋰離子電池?動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？動力鋰電池安全問題探討。鋰離子電池標稱電壓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提供動力的同時會產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時將會損害整個電池的壽命和安全。

　　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極之間移動來工作。在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。

　　鋰離子電池是現(xiàn)代高性能電池的代表，由正極材料、負極材料、隔膜、電解液四個主要部分組成。鋰離子動力電池在移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等、部分代替了傳統(tǒng)電池。大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用，將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，已經(jīng)在人造衛(wèi)星、航空航天和儲能方面得到應用。

　　除了鋰離子電池電壓高之外，由于鋰離子動力電池組的保護板能夠?qū)γ恳粋€單體電池進行高精度監(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、鎖定自恢復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。

　　動力鋰電池安全問題探討

　　影響動力鋰電池安全性能的因素貫穿了一個動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，電池集成中關于BMS(電池管理系統(tǒng))和安全性方面的設計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，所以在這個現(xiàn)實條件下，對動力鋰電池發(fā)生熱失控的預案設計就顯得尤其重要。鋰電池管理系統(tǒng)(BMS)在動力電池的使用中被寄予解決關鍵問題的厚望。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。隨著動力鋰電池的發(fā)展，對BMS的管理能力要求也更多更嚴苛。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正極從而解決安全性問題，另一方面也可以解決負極與碳酸鹽電解質(zhì)接觸和正極與水性電解液接觸時產(chǎn)生的穩(wěn)定性問題。

　　解決動力鋰電池熱失控的主要方法

　　冷卻方式的提升

　　熱管理系統(tǒng)主要負責控制溫度，確保電池一直處在一個合理的運行溫度下。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，通過空調(diào)系統(tǒng)進行及時散熱或者加熱，保證電池安全以及壽命。

　　內(nèi)部材料及結(jié)構(gòu)的改進

　　內(nèi)部改進即從電芯內(nèi)部的材料結(jié)構(gòu)上進行改造，從而使鋰電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點來說，發(fā)展固態(tài)電解液；對正負極進行結(jié)構(gòu)改造；以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內(nèi)部提升電池熱性能的主流方法之一。

　　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展。設計良好的散熱結(jié)構(gòu)和電池保護電路和管理系統(tǒng)都有利于提高鋰離子電池的安全性，所以大容量動力鋰電池的安全問題有望得到解決。