有关锂离子电池安全的基础研究PPT课件

接触方式
正极铝箔与负极铜箔
Al——Cu
正极极粉与负极铜箔 Al/LCO——Cu
正极铝箔与负极极粉 Al——LiC6/Cu
正极极粉与负极极粉 Al/LCO——LiC6/Cu
电阻(Ω) 0.002 26.1 0.26 1.23
根据电池内部短路点接触电阻与其输 出功率的数学方程，得出Al—LiC6接触短 路的输出功率最高，LCO—LiC6和Al—Cu 次之，LCO—Cu短路的输出功率最低。
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三、为什么Al/LБайду номын сангаасC6短路接触比其它短路更易引发电池失效？
根据电阻输出功率公式:
P U I
得到P2 = U2 * I 其中U2 = I * R2 得到P2 = I * I * R2 因为I=U/(R1 +R2)
最终得出短路点在短路瞬间的输出功率公式为：
P2
U2 R
R1 R2 2
本文以内部短路点接触电阻R2为未知数X，以 内部短路点在短路瞬间的输出功率P2为函数Y， 得到一数学模拟方程：
有关锂离子电池安全的一些研究
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研究内容
一． 为什么水溶性负极体系电池要比油性负极体系的 安全？
二． 如何由失效电池残留粉末来判断该电池失效时的 荷电状态？
三． 为 LC什O么/CAu、l/LLixCCO6短/L路ixC接6)触更比易其引它发短电路池接失触效(？Al/Cu、 四． 电池在滥用条件下(内部短路、过充电)的失效反应
（2）电池过充越严重，沉积到负极表面上的Li+越多，反应生成的 Li2CO3就越多。Li2CO3含量越多，也就导致了残留粉末中可溶部分含量 越多。从鉴别电池失效原因的角度考虑，其相对含量的高低可以初步判 断此电池失效的原因。
（3）电池在高过充状态下失效时，生成的CoO很少，在内部短路下失 效时，生成的CoO较多。主要原因是高过充状态电池失效时，放热量大， 温度高，CoO会发生还原反应生成Co。电池爆炸温度越高，CoO反应越 完全，含量也就越少。作者认为CoO在残留粉末相对含量的多少是可以 作为电池失效原因判断的依据的。
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二、如何由残留粉末判断该电池失效时的荷电状态？
将不同电压电池失效的残留粉 末进行XRD分析，我们还能够 发现位于36 o和62 o的CoO衍射 峰强度会随着电池电压的升高而 不断降低，呈现出比较一致的规 律变化。具体的说，电池电压越 高，爆喷失效后残留粉末中CoO 的含量越少。电压越低，CoO含 量越多。左图下为化学反应式。
机理。导致电池失效的关键因素？如何避免？
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一、为什么水溶性负极体系电池要比油性负极体系的安全？
对我司30种方型电池进行 了各三次的模拟内部短路试 验，结果发现，发生爆喷的 100%为油性负极体系的电池。
根据电池内短路的失效机 理，本人认为，在短路起始 阶段油性负极体系电池放出 的热量要高于水溶剂负极体 系电池。具体的是电解液与 LixC6之间的放热反应。
从不同短路接触的挤压测试也可以得 到证明，见左图。Al—LiC6和LCO—LiC6 这两种接触电池瞬间着火燃烧，温度都在 300℃以上。而Al—Cu和LCO—Cu接触短 路电池均没有着火，仅温度略有升高。
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三、为什么Al/LiC6短路接触比其它短路更易引发电池失效？
三、小结：
（1）模拟出电池内部短路点接触电阻与其输出功率的数学方程，从 方程的数学关系我们能够得出，内部短路点的接触电阻越接近电池内阻， 在一定时间内，该短路点输出功率越大，产生热量越高；在输出功率一 定的情况下，时间越长，产生的热量越高。
（2）鉴于水溶剂负极体系的环保、低成本和安全等特性，本 文建议在生产上应大规模推广水溶剂负极体系，但同时一定要做 好极片中H2O的控制。
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二、如何由残留粉末判断该电池失效时的荷电状态？
4.2 V
4.4V
4.6V
4.8V
5.0V
先使不同电压的某型号电池爆喷失效，收集 残留粉末，经水溶分离可得到黑色不溶粉末和 白色可溶粉末。以电压为横坐标，可溶粉末含 量为纵坐标，可以模拟得到一条线性曲线，随 着电池电压的升高，可溶粉末含量逐渐增加。 黑色不溶粉末主要为碳粉和Co及其氧化 相反的，如果我们得到失效电池的残留粉末通 物，白色可溶粉末主要为Li2CO3和LiF。 过以上分析也就知道了其失效时的荷电状态。
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一、为什么水溶性负极体系电池要比油性负极体系的安全？
一、小结： （1）水溶剂负极体系电池的整体安全性能要优于油性负极体
系的电池，因为水溶剂负极体系的自加热速率和放热量均小于油 性负极体系。主要原因有两方面：一方面是电液组成不同， C0828电液要比C0802电液稳定；另一方面是负极石墨结构不同 （层间距较小的天然石墨要比层间距较大的人造石墨稳定）。
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二、如何由残留粉末判断该电池失效时的荷电状态？
二、小结：
（1）失效电池的残留粉末可以用水溶方法分离开，其中黑色不溶粉 末主要由碳粉、CoO和Co组成，白色可溶粉末主要由Li2CO3和LiF组成。 其中CoO和Co主要是正极LixCoO2与电液反应的产物，Li2CO3和LiF主要 是负极与电液反应的产物。
□ 测试通过（三只均没有失效）；□
测试没有通过（测试三只有1只以上
失效）；□ 油性负极；□ C0802电液
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一、为什么水溶性负极体系电池要比油性负极体系的安全？
从DSC热流曲线中可以看出，在 150℃前后，油性负极体系的放热量明 显高于水溶剂负极体系。而此阶段的 放热正是为正极分解反应积累热量。 放热量越高的，越易引起电池爆喷。 右图为热箱测试和内短路测试。
Y
17.64 x
0.04 x2
通过模拟得出电池内短路点接触电阻与其 输出功率的模拟关系曲线，见右图。从图中可 以看出，接触电阻越接近内阻，输出功率越高。
电池发生内部短路时的模拟电路图
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三、为什么Al/LiC6短路接触比其它短路更易引发电池失效？
表 四种不同短路方式的接触电阻数据
编号 1 2 3 4
LixCoO2 → LiCoO2 + Co3O4 + O2↑ Co3O4 → CoO+ O2↑ CoO → Co+ O2↑（高温+电液） (CH2OCO2Li)2 → Li2CO3 + C2H4↑+ CO2↑+ 1/2O2↑ 2Li +C3H4O3(EC) → Li2CO3 + C2H6↑
(1) (2) (3) (4) (5)