隨著電子產品的普及和綠色新能源的倡導，電池作為一種新能源儲存的解決方案被普遍用于人們生活、工業、運輸等方面，并且這種能源有替代傳統能源的趨勢，但是在廣泛應用的同時，電池的很多弊端也顯露出來，其中爆炸和燃燒是電池在使用中最大的安全問題，其就如一顆定時炸彈時時地威脅著人們的生命財產安全，電池的安全性如今是我們越來越多去探討和研究的問題。

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鋰電池簡介：

“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。所以，鋰電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流。

鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。

鋰電池安全性的分析探討

在目前的生產應用中化學電源由于其技術難度不高，生產成本較低，比能量較好，被廣泛地得以應用。化學電源在使用過程中，不斷通過化學反應，產生定向流動的電子從而提供持續的電源，在其化學反應中會伴隨著熱量的產生，當熱量不能及時擴散，會導致熱失控，熱失控會使電池發生毀壞，如猛烈的泄氣、破裂并伴隨著著火，若要安全地使用電池，必須在有限的使溫度范圍、充電倍率、充放電終止電壓等才能保證電池的安全運行。

一、電池爆炸原因分析

鋰電池芯爆炸的類形可歸納為外部短路、內部短路、及過充三種。此處的外部系指電芯的外部，包含了電池組內部絕緣設計不良等所引起的短路。當電芯外部發生短路，電子組件又未能切斷回路時，電芯內部會產生高熱，造成部分電解液汽化，將電池外殼撐大。當電池內部溫度高到135攝氏度時，質量好的隔膜紙，會將細孔關閉，電化學反應終止或近乎終止，電流驟降，溫度也慢慢下降，進而避免了爆炸發生。但是，細孔關閉率太差，或是細孔根本不會關閉的隔膜紙，會讓電池溫度繼續升高，更多的電解液汽化，最后將電池外殼撐破，甚至將電池溫度提高到使材料燃燒并爆炸。內部短路主要是銅箔與鋁箔的毛刺穿破隔膜，或是鋰原子的樹枝狀結晶穿破隔膜所造成。這些細小的針狀金屬，會造成微短路。由于針很細有一定的電阻值，因此，電流不見得會很大，毛刺微短路引發爆炸的機率不高。過充引發內部短路造成的這種爆炸，并不一定發生在充電的當時。有可能電池溫度還未高到讓材料燃燒、產生的氣體也未足以撐破電池外殼時，消費者就終止充電，帶手機出門。這時眾多的微短路所產生的熱，慢慢的將電池溫度提高，經過一段時間后，才發生爆炸。由此可見鋰電池芯爆炸。

二、影響鋰離子電池安全的因素

一般情況下鋰離子電池除了要滿足容量、內阻和高低溫充放電性能的要求外還需要通過各種安全性能測試。往往鋰離子電池的過充電、短路、熱沖擊和機械沖擊等均容易對電池的安全產生影響，但是這些因素的作用和效果卻不盡相同。

1、針刺、短路和擠壓對電池安全性的影響

當電池發生外部短路或受到針刺和擠壓時，往往很容易導致電池內部的隔膜破裂，造成電池在極短的時間內有很大的電流流過，這樣就直接導致電池內部溫度急劇升高，從而在很短的時間內引發一系列的劇烈反應，甚至發生燃燒、爆炸等安全問題。對于安全性能較差的電池，這個過程往往在數秒內完成。由于鋰離子電池比能量很高，如2200mAh的筆記本電腦電池，單只能量可達30kJ左右，一旦發生短路，電池可以達到很高的發熱功率，致使電池在很短的時間內上升到極高的溫度，發生危險后的電池封口處的鋁制防爆閥往往被熔化。

2、熱沖擊對電池安全的影響

當電池受到熱沖擊時，由于電池導熱速率相對較慢，因此可以經受較短時間的熱沖擊。與短路和針刺擠壓相比，如果熱沖擊的溫度較低，則對電池的影響不大，如果熱沖擊的溫度較高，導致電池負極表面SEI膜發生分解，高度嵌鋰的負極材料就會與電解液發生放熱反應，此時電池進入危險期，但是否發生危險取決于電池散熱的速率，如果散熱速率較慢，就容易導致電池內部溫度進一步升高，隔膜熔化，電池內部發生短路，溫度急劇升高，引發正極材料參與反應，最后發生爆炸等危險事故，這個過程一般稱為“熱失控”。

1.3過充電對電池安全的影響

當電池發生過充時，不同電極材料由于化學性質不同，產生的影響也不同。在高倍率充電初期，大部分電能通過可逆的化學反應而被儲存，電池發熱功率較小，但是在充電后期由于發生不可逆的化學反應，電能變成了熱能，導致電池溫度迅速升高而引發一系列的化學反應。

三、提高鋰離子電池安全性的措施

1、選用安全系數更高的原材料

選用安全系數更高的正負極活性材料、隔膜材料和電解液。正極材料的安全性主要基于材料的熱力學穩定性、材料的化學穩定性、材料的物理性能三個方面進行;隔膜材料應基于機械隔離性能、孔徑和空隙率、材料的化學穩定行、自動關閉功能、較小的熱收縮率和變形率、材料厚度、較大的物理強度等方面進行綜合考慮;電解液應選擇化學穩定行好、電化學穩定性好、鋰離子導電率高、液態穩定范圍寬的材料。

2、強加電芯整體安全設計

電芯是將電池各種物質組合起來的紐帶，是正極、負極、隔膜、極耳和包裝膜等結構的集成，電芯結構設計不但影響到各種材料性能的發揮，還對電池整體化學性能、安全性能產生重要的影響。在電芯設計上，應結合材料特性來制定合理的結構模式，在鋰電池結構上還可以考慮加入一些額外的保護裝置，如采用開關元件、安全閥等。

3、提高工藝水平

努力做好電芯生產過程中的標準化和規范化。在混料、涂布、烘烤、壓實、分切和卷繞等步驟中，制定標準化(如隔膜寬度、電解液注液量等)，改進工藝手段(如低氣壓注液法、離心裝殼法等)，做好工藝控制.保證工藝質量，縮小產品間的差異：在對安全有影響到關鍵步驟設置特殊步(如去極片毛刺、掃粉、對不同的材料采用不同的焊接方法等)。實施標準化質量監控，消除缺陷部位，排除有缺陷產品(如極片變形、隔膜刺破、活性材料脫落和電解液泄漏等);保持生產場所的整潔、清潔。實施5S管理和6-sigma質量控制。防止生產中混入雜質和水分，盡量減少生產中的意外情況對安全性的影響。

4結論

各種鋰離子電池由于具有優良的性能而得到了廣泛的應用，同時其安全性也同樣受到了廣泛關注。由于鋰離子電池由高活性的正負極材料和有機電解液組成，在受熱條件下非常容易發生劇烈的化學反應，因此各種情況導致的“熱失控”是引發電池發生危險事故的主要原因。目前一般采用了防爆閥、熱封閉隔膜和正溫度系數電阻等安全措施，同時各種提高電池安全性的化學方法也正在研究中，往往各種安全措施的配合使用可以更好地提高鋰離子電池的安全性。