锂离子电池全生命周期安全性研究范文

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摘要：在对锂离子电池全生命周期的安全性问题展开分析的基础上，对电池全生命周期安全性演变研究情况进行了探讨，以便对电池的安全检测和管理提出科学建议。

关键词：锂离子电池；全生命周期；安全性演变

1锂离子电池全生命周期的安全性问题

目前，动力汽车使用的锂离子电池的全生命周期大致可以划分为五个阶段，即生产阶段、首次使用阶段、重制阶段、二次使用阶段和回收阶段。在首次使用之后，电池将被拆卸、拆解，经过检测后重新制作成储能系统，投入二次使用，以确保资源能够得到充分利用。而想要实现锂离子电池的二次使用，则要保证电池拥有较高安全性。因此，锂离子电池全生命周期的安全性已经成为电池的重要指标，将对电池的应用产生制约。绝大多数锂离子电池出现的安全问题，是由电池设计和制造缺陷引起。在电池老化衰减的过程中，需要经过多次安全性演变。因此加强锂离子电池安全性演变研究，才能实现锂离子电池的全生命周期标准化管理。

2锂离子电池全生命周期安全性演变研究

2.1电池老化衰减与安全性演变研究从现有研究来看，电池安全性能变化，与电池老化衰减有着直接的关系。在锂离子电池的全生命周期中，正负极及电解液等材料都将发生老化衰减。正极的老化衰减包含过渡金属离溶解、晶体结构变坏、活性物质损失和钝化膜形成等，会引起材料热稳定性的变化，使电池充电能力下降。负极的衰减老化现象同样包含活性物质损失，导致电池耐过充能力下降，同时也包含表面析锂和SEI膜增厚，前者将导致材料热稳定性下降，促使电池产热速度提高，后者将使电池热稳定性增加，造成电池产热起始温度提高。电池电解液氧化分解，则将导致电池产生更大的内压，促使电池体积不断膨胀。电池因导电剂失效、表面钝化膜增加等因素引起的内阻增加问题的出现，将导致电池放电焦耳热增加，使电池耐过充能力被削弱[1]。

2.2不同老化状态下的电池安全性演变研究在锂离子全生命周期中，会发生不同的老化，主要分为循环老化和储存老化，将导致电池发生不同的安全性演变。2.2.1循环老化电池的安全性演变在循环老化状态下，电池可能在过充电和短路等测试中发生爆炸、火灾等情况，与电池的电滥用性能降低有关。因为在高温或常温的循环老化工况下，电池会因为内阻上升出现焦耳产热增加的情况，导致电池发生热失控。从研究结果来看，经过循环老化，经受挤压、针刺等机械滥用，电池并不出现较大的安全性演变。但是在异常温度冲击下，电池热稳定性会发生变化，导致电池出现热失控或自产热问题。出现这种情况，与循环老化引起电池负极表面SEI膜的稳定性变化有关，其在循环过程中不断破裂，导致不稳定的膜产生，将难以起到保护石墨极的作用，导致石墨极与电解液反应，促使电池热稳定性下降，在负极析出锂。结合当前研究进展可知，低温循环后进行电池绝热热失控测试，在30~100℃，电池产热速率迅速提高，会析出十分活波的锂金属，与电解液反应，导致电池的安全性降低。在常温循环测试下进行电池绝热热失控测试，在达到600次循环时电池自产热温度下降至60.5℃，升温速率不断提升，安全性随之降低，在过充测试中经过400次循环则会发生爆炸、着火情况。2.2.2储存老化电池的安全性演变在储存老化工况下，电池在绝热热失控测试下会出现自产热起始温度提高的情况，产热速率会随之下降。在储存时间增加的条件下，这两个参数也会随之增加。因此可以说明，经过储存，锂离子电池耐热滥用性能会随之提升。在100%的SOC条件下，将电池在常温或高温状态下储存4h，电池容量将有所衰减，温度越高衰减越大，在过充电测试中仅有储存温度达到90℃的电池会起火。在储存老化至电池容量衰减为原本的33%~80%的条件下，挤压测试中电池不会出现安全性问题。因此从当前研究进展来看，经过储存老化，锂离子电池会因为负极表面SEI膜稳定而获得更高的电池热稳定性，不会出现SEI膜破裂的情况。因为在储存的过程中，电池中SEI膜的不稳定将转化为稳态，更好地为石墨负极提供保护。但是在储存过程中，电池可能会因为气体的产生而碰撞，导致电池安全性受到影响。此外，经过储存老化，电池内阻会增加，在电滥用条件下同样会出现焦耳产热增加的情况，因此会导致电池的耐电滥用性能减弱。

3结论

锂离子电池的生产、使用将经历较长的全生命周期，整个过程都要加强安全检测，保证电池的安全性，才能更好进行锂离子电池的设计和生产。从电池全生命周期安全性演变研究进展来看，在循环使用和储存老化的过程中，电池安全性降低主要是由电池滥用引发的，同时也会受到环境温度的影响，导致电池内部产生不可逆热反应，因此还应加强实时检测和安全管理，以免电池使用、储存过程中发生安全事故。

参考文献

[1]崔妍，付强，潘薇，等.动力汽车用锂离子电池全生命周期标准体系建设研究分析[J].标准科学，2016（12）：23-29.

作者：邵晓挺 冯浩 单位：合肥工业大学化学与化工学院