锂离子电池安全性及影响因素分析.pptx
合集下载
动力锂离子电池现状、安全性及寿命评测PPT课件
Tsinghua
Beijing
Institute of New Energy Technology, INET, Tsinghua University
LithiuFmuReiol&nC腾杰De2会l0bl11a汽车务ttw动ewwr. yg力e 电池研
top- 讨会 event. com
Institute of New Energy Technology, INET, Tsinghua University
负极
正 event. com
从纳米尺度到微米尺度，再到毫米尺度
极
结构
性能
电极 结构
电池 结构
材料合成 材料修饰
新工艺 新材料
电极制造 电池制备
高性能 锂电池
表面/界 面化学
安全性 长寿命
电极 模型
电电池极 模模型型
Institute of New Energy Technology, INET, Tsinghua University
Institute of Nuclear and New Energy Technology
The Great Wall
Tsinghua University
杰2腾01会1汽车动
务ww 力电
w.ge 池研
to p- 讨会
Ming Tombs
event. com
The Institute
• Less than 50 minutes drive • 45 km
电动交通是移动电话和互联网后的最重要的技术革命 。
Institute of New Energy Technology, INET, Tsinghua University
《锂离子电池》课件
安全性能与环境影响
安全性能
锂离子电池的安全性能是其应用领域的重要考量因素。由于锂离子电池内部存在 可燃物质，不当使用或过充过放可能导致电池起火或爆炸。因此，提高锂离子电 池的安全性能是技术发展的重要方向。
环境影响
锂离子电池在使用和处理过程中可能对环境产生一定影响。主要包括废旧电池处 理问题、电解液泄漏和重金属元素释放等。因此，发展环保型的锂离子电池技术 也是当前的重要研究方向。
能量密度与功率密度
能量密度
锂离子电池的能量密度是指单位体积或质量所存储的电能，是衡量电池储能能 力的重要指标。提高能量密度是锂离子电池技术发展的重要方向。
功率密度
锂离子电池的功率密度是指单位体积或质量所输出的电能，是衡量电池快速充 放电能力的重要指标。提高功率密度有助于提升电动汽车等设备的加速性能和 响应速度。
为锂离子电池产业提供更广阔的发展空间。
06
锂离子电池的挑战与解决 方案
锂离子电池的安全问题与解决方案
总结词
锂离子电池的安全问题是当前面临的重要挑 战，包括过热、过充、短路等情况下的安全 隐患。
详细描述
为了解决锂离子电池的安全问题，需要采取 一系列措施，如改进电池设计、提高电池管 理系统智能化水平、加强生产工艺控制等。 此外，研发新型安全材料也是重要的研究方
工作原理
锂离子电池通过锂离子在正负极之间的迁移实现电能的储存和释放。充电时，锂离子从正极脱出，通过电解液和 隔膜迁移到负极并嵌入；放电时，锂离子从负极脱出，通过电解液和隔膜迁移到正极并嵌入，同时电子通过外电 路传递形成电流。
锂离子电池的种类
01
02
03
根据正极材料
钴酸锂、磷酸铁锂、三元 材料等。
根据用途
锂离子电池安全性研究及影响因素分析
锂离子电池安全性研究及影响因素分析一、本文概述随着科技的快速发展和全球能源结构的逐步转型，锂离子电池作为一种高效、环保的能源存储技术，已经广泛应用于便携式电子设备、电动汽车、航空航天、储能电站等多个领域。
然而，随着锂离子电池应用范围的扩大，其安全性问题也日益凸显。
电池热失控、燃烧甚至爆炸等安全事故不仅会造成巨大的财产损失，还可能威胁到人们的生命安全。
因此，对锂离子电池的安全性进行深入研究和影响因素分析，对于保障其安全应用具有重要意义。
本文旨在全面综述锂离子电池安全性的研究现状，分析影响电池安全性的主要因素，包括电池材料、制造工艺、使用条件等，并探讨提高锂离子电池安全性的有效方法和未来发展方向。
通过本文的阐述，希望能够为锂离子电池的安全应用提供理论支撑和实践指导，促进锂离子电池技术的健康、可持续发展。
二、锂离子电池的基本原理与结构锂离子电池，作为现代电化学储能技术的核心，其基本原理和结构是理解其安全性和性能的关键。
锂离子电池是一种通过锂离子在正负极之间移动实现能量存储和释放的二次电池。
其结构主要由正极、负极、隔膜和电解液四个部分组成。
正极是锂离子电池的重要组成部分，通常采用具有高嵌脱锂电位的材料，如钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂等。
正极材料的性能直接影响电池的能量密度和安全性。
负极材料则通常采用具有低嵌脱锂电位的碳材料，如石墨、硅碳复合材料等。
负极的主要作用是储存和释放锂离子，其结构和性能对电池的循环寿命和安全性具有重要影响。
隔膜位于正负极之间，是防止电池内部短路的关键组件。
隔膜通常由聚烯烃等多孔材料制成，具有良好的离子通透性和机械强度。
电解液则是锂离子电池中的重要组成部分，通常由有机溶剂和锂盐组成，其主要作用是传导锂离子，实现正负极之间的电荷转移。
锂离子电池的工作原理是在充放电过程中，锂离子在正负极之间移动，实现化学能与电能之间的转换。
充电时，锂离子从正极脱嵌，穿过隔膜，嵌入负极；放电时，锂离子从负极脱嵌，穿过隔膜，嵌入正极。
锂离子电池安全PPT1
锂离子电池安全培训
内容
一、事故警示 二、锂离子电池基本概念 三、生产过程的危险与有害因素辨识 四、锂离子电池组装的安全要求
2012
理 基本概念
2012
锂电池事故
案例12010年10月11日23时35分，电池公司客户退回的锂 电池在存放处发生自燃起火，工人用灭火器扑救后再次发 生起火，过火面积50平方米左右。
2.8
DMSO 189 18.4
1.991
42.5
GBL 206 -42 104 1.751
39.1
锂离子电池结构——隔膜
装配过程中发现所有短路、漏液、生锈、凹陷的电池都要报废；
隔膜——是放置于两极之间，作为隔离电极 （风机、照明、插座、开关、线路、接头等）；
（6）通过分级达标验收和通过本通用安全要点验收；
隔膜要求： (1)充电电压单只电池最高充电电压为4.
以上几种情况均有可能导致电池发生安全性事故
电芯正极加接镍片(超声波金属焊)
锂离子①电池离结构子——透隔膜过度大
7、锂离子电池的安全守则制程注意事项
②机械性强度适当 三层一般为0.
（72）不要违规作业—取放不规范，单手取电池使正负极短路
③本身为绝缘体 (2)放电温度：应在-20°C至60°C温度范围内进行放电。
3.0V，过放电会损坏电池性能。
关键３-电池贮存
锂离子电池应充电30%至50%容量后在室温下贮存。
二、锂离子电池生产的主要工艺
锂电制作的一般流程
配浆
涂布
辊压
化成
注液
装配
检测
出货
圆柱型锂离子电池的制造工艺流程
来料检验
正极配料
正极涂布
负极配料
内容
一、事故警示 二、锂离子电池基本概念 三、生产过程的危险与有害因素辨识 四、锂离子电池组装的安全要求
2012
理 基本概念
2012
锂电池事故
案例12010年10月11日23时35分，电池公司客户退回的锂 电池在存放处发生自燃起火，工人用灭火器扑救后再次发 生起火，过火面积50平方米左右。
2.8
DMSO 189 18.4
1.991
42.5
GBL 206 -42 104 1.751
39.1
锂离子电池结构——隔膜
装配过程中发现所有短路、漏液、生锈、凹陷的电池都要报废；
隔膜——是放置于两极之间，作为隔离电极 （风机、照明、插座、开关、线路、接头等）；
（6）通过分级达标验收和通过本通用安全要点验收；
隔膜要求： (1)充电电压单只电池最高充电电压为4.
以上几种情况均有可能导致电池发生安全性事故
电芯正极加接镍片(超声波金属焊)
锂离子①电池离结构子——透隔膜过度大
7、锂离子电池的安全守则制程注意事项
②机械性强度适当 三层一般为0.
（72）不要违规作业—取放不规范，单手取电池使正负极短路
③本身为绝缘体 (2)放电温度：应在-20°C至60°C温度范围内进行放电。
3.0V，过放电会损坏电池性能。
关键３-电池贮存
锂离子电池应充电30%至50%容量后在室温下贮存。
二、锂离子电池生产的主要工艺
锂电制作的一般流程
配浆
涂布
辊压
化成
注液
装配
检测
出货
圆柱型锂离子电池的制造工艺流程
来料检验
正极配料
正极涂布
负极配料
《锂电池安全培训》PPT课件
锂电池的发展趋势和未来展望
智能电池
智能电池技术通过集成传感器和通信功能， 能够实时监测电池状态并进行智能管理，
提高电池的安全性和寿命。
固态锂电池
固态锂电池是下一代锂电池技术， 具有更高的能量密度和安全性，预
计将成为未来主流电池技术。
A
B
C
D
成本降低
随着技术的进步和规模化生产，锂电池的 成本有望进一步降低，使其在更多领域得 到广泛应用。
加强锂电池生产、储存、运输和使用等 环节的安全管理，防止发生安全事故。
推广锂电池安全技术的研究和应用，提 高锂电池的安全性能和稳定性。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
锂电池的种类和特性
01
02
03
锂离子电池
能量密度高，充电速度快， 寿命长，但高温性能较差。
锂聚合物电池
形状多样，能量密度高， 高温性能好，但充电速度 较慢。
锂金属电池
能量密度最高，但安全性 较低，易发生燃烧或爆炸。
02 锂电池的安全使用
正确使用锂电池的方法
严格按照说明书使用
在使用锂电池时，应仔细阅读 并遵循产品说明书，确保使用
《锂电池安全培训》ppt课件
目录
• 锂电池基础知识 • 锂电池的安全使用 • 锂电池的安全风险和应对措施 • 锂电池的应用和发展趋势 • 总结与建议
01 锂电池基础知识
锂电池的构造
电池外壳
用于容纳电解液和隔离 电池内部与外部环境。
正负极片
分别由正负活性物质涂 布在金属箔上，是电池 储存和释放能量的主要
重要措施。
针对锂电池的安全问题，需要 加强安全培训和教育，提高人 们的安全意识和操作技能。
锂离子电池安全性能测试及其影响因素分析
锂离子电池安全性能测试及其影响因素分析摘要：随着新技术的开发和提高，锂离子电池在国内外的使用也越来越普遍，如汽车，电动自行车，电源设备等。
由于锂电池的应用日益普遍，在应用过程中出现的爆炸、自燃等重大安全事故也相应增加。
所以，必须要做好对锂离子电池安全的检测与评估工作，要和锂离子电池所使用的实际状况相结合，并建立出一个科学合理的检测与评估办法，以便于把重大安全事故的风险减至最小化。
关键字：锂离子电池；安全性能测试；影响因素随着时间的推移，国家经济利益的增加，有关部门对锂离子电池的关注也越来越多。
但是，为了确保锂离子电池的安全性，需要采用陶瓷涂层对其进行覆盖，这样就可以避免在锂离子电池应用过程中产生的问题。
但是，大量使用陶瓷涂层隔膜的公司还很少，很难提高锂离子电池的安全性，因此，这种应用方式还需进一步研究，以使锂离子电池安全的核心性能体现出来。
1锂离子电池安全性测试1.1短路试验举例来说，在60Ah公三原材料电池模块短路测试的流程中，满电态系统的最大电流约为20.4V，而热短路器电阻则为3mΩ，在实际试验中，短路流程中的瞬时最低电流大约为3293A，热电池的持续最高释能电流则约为3000A，而在此时，锂离子脱嵌电池内部就会产生巨大的热量，电池的工作温度在持续提高中，在如此高温条件下，热电池内还会产生正负两极材料、电解质溶液中的放热反应和产气反应。
电池完全蒸发后，电解液和可燃体会一起冲破电池壳层，弥散在附近空气中，当形成高温气体时，就会产生闪点非常低的流线型碳酸酯，从而引起电池内部起火，还可能由于短路而发生电池外壳起火的现象。
1.2过充测试当电压靠近4.8V时，电池的表面温度逐渐增大。
在实验中，缠绕式软包装的电池先是发生了胀气鼓包现象，并于25分钟后完全着火了。
叠片式软包电池在实验时也发生了胀气鼓包的现象，最大工作温度达到96℃。
不过，由于18650形钢壳电池自身的安全阀的功能，在电解液分解后形成的气体温度超过内部耐压下限值的时候，安全阀就将自行开启，由此使得其自身的工作温度大大地降低，最大工作温度达到了70℃，而且也不会产生明显的胀气和漏液情况。
锂离子电池知识PPT课件
BMS：BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 电源管 理系统; 主要作用：准确提供电池电量、实时监控 电池组工作状态，及时、及早发现问题。
什么是锂离子电池、锂电池
锂离子电池 是一种充电电池，Li+ 在两个电极之 间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经 过电解质嵌入负极，与C结合，负极处于富锂状态； 放电时则相反。采用含有锂元素的化合物作为电 池正极材料。
锂离子电池知识PPT课件
电池
电池 是一种化学电源，将化学能转化为电 能的装置。
按能否充电分为一次电池、二次电池或者 可循环电池、不可循环电池。
电池组成：主要由电极、电解液、隔膜、 外壳组成。
电池各组成部分
电极： 电池的核心部分，由活性物质和导电骨 架组成。活性物质指正负极中参加反应的物质,即 正极材料与负极材料；导电骨架指正负极金属箔。
倍率充电、倍率放电指充放电电流是容量的多少 倍。如电池容量10AH，用0.35C电流充放，则电流 为0.35×10=3.5A。
电压： 截止电压：充放电的上、下限电压；放电 平均电压：电性能的重要指标。
衡量电池电性能的几个重要参数
循环：一次完整充放电叫一个循环。
循环次数：假如一只新电池，在常温下，不停对 其充电、放电。当其容量掉到百分之80后停止， 此时充放电的次数即为多少次循环次数。这个数 据一般由实验室来获得。
自放电：电池不使用，放置一段时间电量保持率， 目前普遍通过观察压降来判断。
放电平均电压、放电容量、放电效率、充放电曲 线、内阻等。
一致性
一致性：即同步率，相同率。充放电过程中电压、 容量等的一致性。
一致性问题一直困扰整个锂电行业，主要分为2个方 面：电芯的一致性；成组后电池组的一致性。 其 中，PACK后电池组的一致性问题最为严重。
什么是锂离子电池、锂电池
锂离子电池 是一种充电电池，Li+ 在两个电极之 间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经 过电解质嵌入负极，与C结合，负极处于富锂状态； 放电时则相反。采用含有锂元素的化合物作为电 池正极材料。
锂离子电池知识PPT课件
电池
电池 是一种化学电源，将化学能转化为电 能的装置。
按能否充电分为一次电池、二次电池或者 可循环电池、不可循环电池。
电池组成：主要由电极、电解液、隔膜、 外壳组成。
电池各组成部分
电极： 电池的核心部分，由活性物质和导电骨 架组成。活性物质指正负极中参加反应的物质,即 正极材料与负极材料；导电骨架指正负极金属箔。
倍率充电、倍率放电指充放电电流是容量的多少 倍。如电池容量10AH，用0.35C电流充放，则电流 为0.35×10=3.5A。
电压： 截止电压：充放电的上、下限电压；放电 平均电压：电性能的重要指标。
衡量电池电性能的几个重要参数
循环：一次完整充放电叫一个循环。
循环次数：假如一只新电池，在常温下，不停对 其充电、放电。当其容量掉到百分之80后停止， 此时充放电的次数即为多少次循环次数。这个数 据一般由实验室来获得。
自放电：电池不使用，放置一段时间电量保持率， 目前普遍通过观察压降来判断。
放电平均电压、放电容量、放电效率、充放电曲 线、内阻等。
一致性
一致性：即同步率，相同率。充放电过程中电压、 容量等的一致性。
一致性问题一直困扰整个锂电行业，主要分为2个方 面：电芯的一致性；成组后电池组的一致性。 其 中，PACK后电池组的一致性问题最为严重。
锂离子电池安全性能影响因素分析
1.2 正极材料 目前， 常见的锂离子电池正极活性材料有 LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiN1-xCoxO2、LiFePO4 和 LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2。研究表明LiMn2O4 和LiFePO4的安全性能较好。正 极材料的安全性主要包括热稳定性和过充安全性。在氧化状态，正极活 性物质发生放热分解，并放出氧气，氧与电解液发生放热反应，或者正 极活性物质直接与电解液发生反应。表1 列出几种正极活性物质与电解 质发生放热反应的温度和分解温度。从表中可以看出，LiMn2O4 的热稳 定性最好，放热峰位置高于其它3 种活性物质。很多研究人员针对安全 性对不同的正极活性物质进行了研究。其中J. R. Dahn用TGA分析了 LiCoO2、LiNiO2 和LiMn2O4 在受热过程中氧的释放量，研究结果表明 LiMn2O4 氧释放量最小，被认为是最安全的正极活性物质。H. J. Kweon 等[17]研究了表面包覆Al2O3、MgO 的LiCoO2 在充电时的热稳定 性，该方法极大改进了电池的充放电速率，具有很好的安全特性。 LeisingR A 等研究了电池在滥用条件下的反应行为，认为当电池以0.5 C 或以上倍率过充时电池会破裂，证明正极是热源。钟盛文等对用 LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2 、钴酸锂、锰酸锂的安全性能进行比较，对电池进 行热稳定性、过充、短路、穿钉等安全性测试。结果表明， LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2的最高安全温度为165 ℃，最低爆炸温度175 ℃，其 热稳定性高于钴酸锂低于锰酸锂； LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2 可以通过3 C、 4.8 V 过充测试，钴酸锂能通过1 C、4.8 V 过充测试，锰酸锂能通过3 C、 10 V 过充测试；3 种材料均通过短路测试，表面温度为120~123 ℃；3 种材料均通过穿钉测试，表面温度为104，109 ℃。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（5）对红外热成像仪观察到的电池不同倍率放电时电池 表面的热现象给予解释。
锂离子电池循环对安全性的影响
1.实验条件 实验电池选取：2000只，随机抽取500只，1次和每 25次后抽出40只测试。
2. 循环对电池特性的影响
经过不同循环后电池的平均放电容量、内阻和厚度
循环次数 1 25 50 75 100 125 150 175 200
• 安全保护电路 ：过充电保护、过放电保护和过电 流/短路保护
锂离子电池体系中各种材料的热行为
编号
1 2 2' 3 3' 3" 4 5 6
温度范围 /℃
110~150 130~180 160~190 180~500 220~500
130~220 240~350
660
化学反应
LixC6+电解质 PE隔膜熔化 PP隔膜熔化 Li0.3NiO2与电解质的分解 Li0.45CoO2与电解质的分解 Li0.1MnO4与电解质的分解 溶剂与LiPF6 LixC6与PVdF
铝的熔化
热量 /Jg-1
350 -190 -90 600 450 450 250 1500 -395
说明
钝化膜破裂 吸热 吸热
释氧温度T200 释氧温度T230 释氧温度T300
能量较低 剧烈的链增长
吸热
备注：电解液体系为1MLiPF6/PC/EC/DMC(1:1:3)
研究内容
（1）对新电池及循环过电池耐滥用能力研究，揭示电池 发生热失控及不安全的原因。 （2）对电池经高温搁置后性能的衰退与耐滥用能力研究， 揭示使用环境对电池安全性的影响。 （石性3L，）iM系对n统2电O研池4和究活复正性合极物材材质料料如，的正通选极过择材电对料池电L耐池iC热安oO安全2、全性镍性的酸和影锂过响、充。尖安晶全
• SEI膜形成：锂离子导体电 子的不良导体
• 热稳定性研究 • 添加剂研究：成膜、防过
充、阻燃
SEI膜形成示意图
电池安全性的解决措 施
原则：必须兼顾电池的性能.
• 正负极和电解液等新材料开发 ，选用热力学更稳 定的材料
• 电池设计：不同形状、负极与正极容量比；
• 电池制造过程：浆料质量、涂布质量等，优化电 池工艺
锂离子电池安全性及影响因素分析
研究背景
锂离子电池在民用领域等方面获得广泛应用 大型化的安全问题备受关注
要求 ----长的循环寿命，高容量，小尺寸；
（1）移动电话： （2）数码产品：PDA, Blue Tooth……
（3）笔记本电脑
（4）电动自行车（EB） （5）电动汽车（EV）和混合动力汽车（ HEV）
50 0
50
100
150
200
Cycle number/n
电池经过不同循环次数后 电池循环200次后负极底部表面形貌
平均内阻
（颗粒状物为金属锂或含锂的化合物）
3. 电池循环过程中LiCoO2和C结构变化
a
b
c
出现裂纹，平均粒度下降， 颗粒间不再清晰
LiCoO2正极不同循环状态的SEM形貌 (a)新鲜电极；(b)1次循环后；(c)200次循环后
◆ 尿频尿急、夜尿增多（一夜3次以上）。
◆ 全身无力，易疲劳、易困倦，休息后不能缓解。
◆ 睡眠不好或经常做梦，晨起仍觉很累。
◆ 房 ，事不足10分钟，举而不坚。
◆ 害怕跟爱人同，房，故意回避。
石墨
◆ 男性小便无力，总有排不尽的感觉。
◆ 姓功能减退，姓生活后腰酸、胀痛
◆ 结婚多年迟迟未怀孕
◆ 无力、阳wei、早xie；
>>> 如 果 你 有 以 上 2 - 3 种 症 状，就 说 明 您 的 肾 脏 已 经 发 出 了 警 报：这时 候“ 肾 脏 ”已 经 出 现 警 报，需 及 时 诊 断 调 理 。男 性 健 康 金 牌 顾 问 ：薇X：msdf003
电解液
• 电解液由溶剂和导电盐组 成（六氟磷酸锂（LiPF6） 目前应用范围最广 ）
放电容量 /mAh
716. 7
690
685
660. 2
651. 5
637
610. 3
591
570
内阻/mΩ 厚度/mm
43 46 79 77 84 87 85 167 253
4.22
4.2 3
4.2 6
4.27
4.30
4.3 1
4.31
4.4 0
4.4 5
IR/mohm
250 200 150 100
结晶性变差。
c
b a
10
20
30
degree
LiCoO2正极不同循环状态的XRD图形 (a) 新鲜电极；(b) 1次循环后；(c) 200次循环后
Cu 002
C的结构未 发生明显的变化
Intensity/cps
004
Cu
b
a
10
20
30
40
50
60
70
80
2 theta/degree
为何研究锂离子电池安全性？
1.自身特点决定
①能量密度很高； ②有机溶剂； ③缺乏“再化合” 功能。
2.期望应用决定
组合电池如果不能精确均衡 控制，对某个单体来讲，无 异于滥用。
Shi等使用ARC对18650型电池的研究表明， 满充电的电池在93℃开始产生放热反应， 在123℃产生热失控反应
负极 材料
电池安全-不安全的能量触发过程图
初始能量 热扰动
是 散逸的热量≥
产生的热量
否
产生温升 ΔT
锂离子电池安全性实质
否 是否产生新 是
的放热反应
电池是否发生 是 是否起火、 否
热失控
爆炸
否
是
安全
不安全
锂离子电池组成成分的热行为研究
ARC、DSC等方法研究，在锂离子电池中发生的重要放热反 应有：
①SEI膜的分解； ②嵌入锂与电解液的反应； ③嵌入锂与氟化物粘结剂的放热反应； ④电解液分解放热； ⑤正极活性材料分解； ⑥过充电时沉积出的金属锂会与电解液发生反应； ⑦金属锂与粘结剂的反应； ⑧由于过电位和欧姆阻抗，电池在放电过程中产生热量。
负极不同循环状态的XRD图形 （a）1次循环后；(b) 200次循环后
Intensity/CPS
500
3CoO2→Co3O4+O2
0
10
20
30
40
50
2-Theta/o
60
电池循环125次后1C12V过充电 实验后粉末XRD图谱
b
SEI膜
锂或锂的 化合物
负极不同循环状态的SEM形貌 (b) 1次循环后；(c)200次循环后
Intensity/cps
003
graphite
101 012 006
104 015 107 018 110 113
LiCoO2的晶胞参数稍有增大 嵌锂能力下降 ，
有效活性颗粒尺寸变小
晶格发生一定畸变，
锂离子电池循环对安全性的影响
1.实验条件 实验电池选取：2000只，随机抽取500只，1次和每 25次后抽出40只测试。
2. 循环对电池特性的影响
经过不同循环后电池的平均放电容量、内阻和厚度
循环次数 1 25 50 75 100 125 150 175 200
• 安全保护电路 ：过充电保护、过放电保护和过电 流/短路保护
锂离子电池体系中各种材料的热行为
编号
1 2 2' 3 3' 3" 4 5 6
温度范围 /℃
110~150 130~180 160~190 180~500 220~500
130~220 240~350
660
化学反应
LixC6+电解质 PE隔膜熔化 PP隔膜熔化 Li0.3NiO2与电解质的分解 Li0.45CoO2与电解质的分解 Li0.1MnO4与电解质的分解 溶剂与LiPF6 LixC6与PVdF
铝的熔化
热量 /Jg-1
350 -190 -90 600 450 450 250 1500 -395
说明
钝化膜破裂 吸热 吸热
释氧温度T200 释氧温度T230 释氧温度T300
能量较低 剧烈的链增长
吸热
备注：电解液体系为1MLiPF6/PC/EC/DMC(1:1:3)
研究内容
（1）对新电池及循环过电池耐滥用能力研究，揭示电池 发生热失控及不安全的原因。 （2）对电池经高温搁置后性能的衰退与耐滥用能力研究， 揭示使用环境对电池安全性的影响。 （石性3L，）iM系对n统2电O研池4和究活复正性合极物材材质料料如，的正通选极过择材电对料池电L耐池iC热安oO安全2、全性镍性的酸和影锂过响、充。尖安晶全
• SEI膜形成：锂离子导体电 子的不良导体
• 热稳定性研究 • 添加剂研究：成膜、防过
充、阻燃
SEI膜形成示意图
电池安全性的解决措 施
原则：必须兼顾电池的性能.
• 正负极和电解液等新材料开发 ，选用热力学更稳 定的材料
• 电池设计：不同形状、负极与正极容量比；
• 电池制造过程：浆料质量、涂布质量等，优化电 池工艺
锂离子电池安全性及影响因素分析
研究背景
锂离子电池在民用领域等方面获得广泛应用 大型化的安全问题备受关注
要求 ----长的循环寿命，高容量，小尺寸；
（1）移动电话： （2）数码产品：PDA, Blue Tooth……
（3）笔记本电脑
（4）电动自行车（EB） （5）电动汽车（EV）和混合动力汽车（ HEV）
50 0
50
100
150
200
Cycle number/n
电池经过不同循环次数后 电池循环200次后负极底部表面形貌
平均内阻
（颗粒状物为金属锂或含锂的化合物）
3. 电池循环过程中LiCoO2和C结构变化
a
b
c
出现裂纹，平均粒度下降， 颗粒间不再清晰
LiCoO2正极不同循环状态的SEM形貌 (a)新鲜电极；(b)1次循环后；(c)200次循环后
◆ 尿频尿急、夜尿增多（一夜3次以上）。
◆ 全身无力，易疲劳、易困倦，休息后不能缓解。
◆ 睡眠不好或经常做梦，晨起仍觉很累。
◆ 房 ，事不足10分钟，举而不坚。
◆ 害怕跟爱人同，房，故意回避。
石墨
◆ 男性小便无力，总有排不尽的感觉。
◆ 姓功能减退，姓生活后腰酸、胀痛
◆ 结婚多年迟迟未怀孕
◆ 无力、阳wei、早xie；
>>> 如 果 你 有 以 上 2 - 3 种 症 状，就 说 明 您 的 肾 脏 已 经 发 出 了 警 报：这时 候“ 肾 脏 ”已 经 出 现 警 报，需 及 时 诊 断 调 理 。男 性 健 康 金 牌 顾 问 ：薇X：msdf003
电解液
• 电解液由溶剂和导电盐组 成（六氟磷酸锂（LiPF6） 目前应用范围最广 ）
放电容量 /mAh
716. 7
690
685
660. 2
651. 5
637
610. 3
591
570
内阻/mΩ 厚度/mm
43 46 79 77 84 87 85 167 253
4.22
4.2 3
4.2 6
4.27
4.30
4.3 1
4.31
4.4 0
4.4 5
IR/mohm
250 200 150 100
结晶性变差。
c
b a
10
20
30
degree
LiCoO2正极不同循环状态的XRD图形 (a) 新鲜电极；(b) 1次循环后；(c) 200次循环后
Cu 002
C的结构未 发生明显的变化
Intensity/cps
004
Cu
b
a
10
20
30
40
50
60
70
80
2 theta/degree
为何研究锂离子电池安全性？
1.自身特点决定
①能量密度很高； ②有机溶剂； ③缺乏“再化合” 功能。
2.期望应用决定
组合电池如果不能精确均衡 控制，对某个单体来讲，无 异于滥用。
Shi等使用ARC对18650型电池的研究表明， 满充电的电池在93℃开始产生放热反应， 在123℃产生热失控反应
负极 材料
电池安全-不安全的能量触发过程图
初始能量 热扰动
是 散逸的热量≥
产生的热量
否
产生温升 ΔT
锂离子电池安全性实质
否 是否产生新 是
的放热反应
电池是否发生 是 是否起火、 否
热失控
爆炸
否
是
安全
不安全
锂离子电池组成成分的热行为研究
ARC、DSC等方法研究，在锂离子电池中发生的重要放热反 应有：
①SEI膜的分解； ②嵌入锂与电解液的反应； ③嵌入锂与氟化物粘结剂的放热反应； ④电解液分解放热； ⑤正极活性材料分解； ⑥过充电时沉积出的金属锂会与电解液发生反应； ⑦金属锂与粘结剂的反应； ⑧由于过电位和欧姆阻抗，电池在放电过程中产生热量。
负极不同循环状态的XRD图形 （a）1次循环后；(b) 200次循环后
Intensity/CPS
500
3CoO2→Co3O4+O2
0
10
20
30
40
50
2-Theta/o
60
电池循环125次后1C12V过充电 实验后粉末XRD图谱
b
SEI膜
锂或锂的 化合物
负极不同循环状态的SEM形貌 (b) 1次循环后；(c)200次循环后
Intensity/cps
003
graphite
101 012 006
104 015 107 018 110 113
LiCoO2的晶胞参数稍有增大 嵌锂能力下降 ，
有效活性颗粒尺寸变小
晶格发生一定畸变，