锂电池短路原因 锂电池为什么会短路,如何避免

小编 2024-11-23 聚合物锂电池 23 0

锂电池为什么会短路,如何避免

锂电池着火主要是由于内部或外部的热失控事件,这可能由多种因素引起,包括电芯质量问题、PACK工艺问题、充电器问题以及外部原因等。

韩国锂电池厂着火

一、热失控

电芯质量问题 :负极容量不足、电芯急剧放电电滥用 :过充电、过放电、大倍率充电等,这些行为会导致活性物质结构破坏和电解液分解产气,增加电池内部压强,最终可能引发热失控机械滥用 :如挤压、碰撞、针刺等,这些外力作用可能导致锂电池电芯形变,隔膜破坏,正负极短路,从而诱发热失控热滥用 :锂电池在高温环境下长时间工作,可能导致极化热、反应热、分解热等,这些热源可能引发热失控PACK工艺问题: 打包结构不易散热或排除电池内部气体,连接结构问题导致内部电芯不均匀老化

锂离子电池内的副反应是由电池组方法和连接结构引起

二、枝晶短路

通常认为电池充电过程中,由于锂离子的不均匀沉积导致枝晶形成,从而穿透隔膜,造成正负极之间的短路。

晶枝生长导致活性锂离子减少

枝晶形成原因:

不均匀的锂离子扩散(锂离子在负极表面的扩散不均匀)电流密度过高(加速锂离子沉积负极表面)

锂离子沉积导致活性锂离子减少

环境温度过低(降低锂离子的扩散速率)

影响: 锂枝晶的形成还会使电池的电化学性能变得不稳定,增加了电池在使用过程中出现故障的概率。

常规解决方法:

使用多极性基团的固体电解质作为负极表面的修饰层(阻止晶枝在负极表面形成)降低金属锂沉积最大限制电流(充电电流监控防止加速沉积)使用固态电解质(阻止锂枝晶的生长和蔓延)引入电解液助剂(使锂离子均匀沉降)

三、最新研究结果

然而最新的研究结果表明,锂电池内部短路并非直接由枝晶引起,单纯的晶枝生长并不会刺破电池隔膜。造成隔膜刺破的罪魁祸首是SEI物质沉积相关。

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何为SEI物质: SEI又称固体电解质相界面膜,是由多种成分组成的,这些成分随电解液成分的不同而有所变化。SEI膜的主要成分包括Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇盐和非导电聚合物

SEI膜作用: SEI膜在锂电池中扮演着至关重要的角色。它能够阻止电解液的进一步分解,减少锂离子电池中锂含量的损失,从而对锂离子电池的初始容量损失、循环寿命、倍率性能及安全性等有着重要影响

SEI膜沉积: SEI膜的沉积主要发生在锂离子电池的首次充放电过程中,电解液溶剂和锂盐发生副反应,形成新的化学产物,这些产物在负极表面经过沉淀形成SEI膜,涉及电解液溶剂、锂盐、添加剂、微量空气杂质等成分的还原反应。

SEI膜沉积原因:

温度 :温度对SEI膜的形成和稳定性有重要影响。低温有利于形成致密的SEI膜,而高温可能导致SEI膜的结构重整,影响其性能。

温度对SEI膜生成的影响

电解液盐浓度 :电解液盐浓度影响SEI膜的组成和性能。不同的锂盐可能导致SEI膜的化学组成和结构有所不同,从而影响电池的性能。还原电流 :还原电流的大小直接影响SEI膜的形成速率和厚度。

SEI膜沉积的危害: 1.大电流导致的不均匀SEI膜,会影响电池的循环性能。

2.加速锂离子沉积,减少锂电池容量,缩短锂电池寿命。

3.阻碍自由锂离子运动,增加电池内阻。

4.形成SEI沉积通路给晶枝通过创造了条件,此项发现意味着,可能是SEI沉积为晶枝穿破理电池隔膜提供了便利,并最终导致了电池短路。

短路机理

四、生活中如何避免锂电池着火

合理控制充电时间 :避免过度充电,一般建议在8-10小时内完成充电。不在住宅内充电 :室内易燃物品较多,一旦出现起火事故,容易酿成火灾。不飞线充电 :飞线充电在天气突变等情况下易酿成火灾。不将电动车停放在狭小空间 :楼道中的电动车一旦起火,会直接阻断消防逃生通道;而电梯中或室内电动车一旦发生着火,高温及有毒气体会立即导致人员伤亡。尽量避免购买和使用非标电动设备 :使用非标或超标电动设备会增加风险指数。选购更安全的电池: 选择磷酸铁锂或磷酸锰铁锂电池的电动汽车,铅酸电池的电动自行车,虽然续航会短一些,但是更加安全。不用劣质或者不匹配充电器 :劣质充电器可能不仅会损伤电池,更有甚可能会使得电池起火爆炸。注意使用温度: 避免长期低温或高温环境下使用锂电池。准备D类灭火器(黄色): D类灭火器是专门设计用于扑灭轻质金属火灾或可燃金属火灾的灭火器,如镁、钠、铝、钼、锂和钾等金属及其合金。其工作原理是通过化学、物理双机理扑灭易燃金属火灾(扑捉燃烧自由基,切断燃烧反应链,加速金属表面钝化反应终止燃烧)。

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参考资料:

2023年10月7日-The influence of lithium precipitation and SEI film on lithium battery capacity degradation-Hailey2021年5月14日-Cryogenic Laser Ablation Reveals Short-Circuit Mechanism in Lithium Metal Batteries-Katherine L. Jungjohann、Renae N. Gannon

电动车锂电池爆炸的原因分析,注意这五点就可以放心了

因为锂电池爆炸起火导致人员伤亡的事故时有发生,今天就锂电池爆炸的原因给大家普及一下。

由于锂电池的普及,现在市面上很多电动车都采用锂电池,这也使锂电池爆炸起火导致人员伤亡的事故时有发生,这到底是因为什么引起的,今天笔者给大家好好科普一下。

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一、锂电池负极容量不足

当锂电池正极部位的负极部位容量不足时,充电时所产生的锂原子无法插入负极石墨的间层结构中,会析在负极的表面,形成结晶。

在锂电池中长期形成结晶会导致短路,这时电芯急剧放电,会产生大量的热,烧坏隔膜。高温会使电解液分解成气体,当压力过大时,电芯就会爆炸。

二、水份含量过高

充电时,水份可以和锂发生反应,生成氧化锂,使电芯的容量损失,易使电芯过充而生成气体,水份的分解电压较低,充电时很容易分解生成气体,当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大,当电芯的外壳无法承受时,电芯就会爆炸。

三、内部短路

内部电芯短路造成大电流放电,产生大量的热,烧坏隔膜,而造成更大的短路现象,会使电解液分解成气体,内部压力过大,电芯就会爆炸。

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四、锂电池过充

电芯过充电时,正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化,而放出的锂过多也容易无法插入负极中,也容易造成负极表面析锂,而且,当电压达到4.5V以上时,电解液会分解生产大量的气体。上面种种均可能造成爆炸。

五、外部短路

外部短路可能由于正负极接错所导致,由于外部短路,电池放电电流很大,会使电芯的发热,高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏,造成内部短路,因而爆炸。

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