锂离子电池安全性测试及评价方法研究

温洪超，冯文浩

摘要：随着科学技术的不断发展和进步，我国锂离子电池的应用范围越来越广，应用范围包括电动汽车、电动自行车、电源设备等。随着锂离子应用范围的广泛应用，应用过程中出现的安全事故也因此增加，例如电池爆炸、电池自燃等问题。因此，必须加大对锂离子电池安全性测试以及评价的重视，结合锂离子电池应用的实际情况，制定合理的测试评价方法，以此来降低安全事故发生的可能性。

关键词：锂离子电池；安全性测试；评价方法

1锂离子电池安全性能的影响因素

1.1负极材料

负极材料选择与锂离子电池安全事故发生的可能性息息相关，其具体如下情况：第一、SEI膜。SEI膜并非完全稳定，锂离子电池温度达到特定高温时，SEI膜开始分解，极具高温下开始发生自发热反应，可能会引发热失控。第二、电池负极与电解液发生反应。随着反应的发生，嵌入负极的锂离子高温下会与有机溶剂反应，且电解液自身的燃点相对较低，积累一定热量后会出现起火、爆炸。第三、粘结剂。高容量负极材料的粘结剂使用不当，会影响电极结构的稳定性与完整性，从而会对电池使用的安全性造成影响。

1.2正极材料

锂离子电池应用过程中其正极材料也会影响电池使用的安全性，包括电池的热稳定性、过充安全性能方面。

正极材料容易收到内部产热的影响而引起的分解，特别是在电池过充时，电解液在高压下变得不稳定，导致电解液与正极活性物质发生副反应，副反应产生的反应热导致电池内部温度持续升高，正极材料在副反应过程中结构发生变化，释放出氧气，导致热失控。

1.3电解液的影响

锂离子电池电解液基本是有机碳酸酯类物质，是一种易燃物，常用电解质六氟磷酸锂,该物质存在热分解放热反应，与此同时，在生产电池时，注液量过少，会导致电池内阻大，发热多，温度升高会导致电解液分解产气导致电池鼓胀，同时电池内部温度达到隔膜熔点后，隔膜受热收缩使正负极片接触，造成电池发生内部短路，产生爆炸；注液量过高，电池内压大，壳体破裂，电解液溢出，高温下会遇到空气着火。

1.4外部因素

外部因素主要是对锂离子电池使用不当，如过充电、过放电情况，或者电池外部受到冲击挤压等外力导致电池发生形变，内部结构损失等情况导致安全事故的发生，严重的还会引起火灾，给人们的生命财产安全带来威胁。

2锂离子电池安全性能的保护

2.1过充（电压、电流）保护

过充是指充电时电池电压超出充电截止电压，过充会引起电池电压随极化增大而增加，引起电池正极活性物质结构发生不可逆变化，造成电解液分解，产气，电池内部温度与内压急剧升高，容易发生内短，引起起火、爆炸；因此在过充保护方面应该设置电流、电压的保护上线，通常保护上限低于过充时的峰值电压或电流；此外，通过电池材料提高电池抗过充的能力，电解液中添加抗过充添加溶剂；也可以通过设计OSD与CID防止过充造成的安全问题。

2.2过放过压保护

过放是指放电时电池电压低于放电截止电压，过放会破坏负极稳定结构，造成不可逆的损伤，一旦电池出现过度放电的问题电池的使用寿命会缩短，电池出现失效的可能性变大。因此，过放过压保护的目的是提高电池放电的安全性，避免电池使用过程性出现安全问题。

2.3过流保护

锂离子电池应用过程中出现超过电池限定的电流或因为电池内部短路而瞬间产生的大电流，电池内部容易出现高温损耗能量的现象导致电池的损坏出现安全问题。因此设置过流保护可防止锂离子电池应用时的失效情况。

3锂离子电池安全问题的应用措施

3.1做好电池材料优选与电池优选工作

锂离子电池安全问题的应用措施中首要工作为电池材料及电池优选，从正极、负极、隔膜、电解液等材料上提高热稳定性，改善锂离子电池的安全性，对于正极材料，可通过常见的为包覆修饰，阻止正极材料与电解液的直接接触，抑制发生相变，提高正极结构稳定性。负极材料提高SEI膜的热稳定性，弱化氧化、金属化合物沉积或碳包覆。隔膜方面，可以从孔隙率、闭孔温度、破膜温度、穿刺强度、一致性等方面综合考量，以提高电池的安全性。电解液可加入阻燃、耐高压添加改善锂离子电池安全性。同时，检测锂离子电池的使用性能，分析锂电池梯次使用的情况，保证锂电池的使用寿命满足实际使用的需求。

3.2优化系统设计

锂离子电池安全性能通过优化热管理设计，保证锂离子电池的正常使用不受影响。第一、结合锂离子电池结构特点在电池舱壁上，使用耐高温绝热性能的材料安装隔热阻燃衬层，以此提高电池的耐高温性。第二、做好热管理设计。在有限的空间内，设计人员可以对锂电池的工作状态进行分析，并且将电池的工作温度控制在科学合理的范围内，保证电池能够正常运行。第三、调整空冷系统流道和系统流向，提高温度分布的均匀性。根据实际情况对冷却介质的使用情况进行分析，并且保证热量能够及时散发出去。

3.3建立多级防护机制

锂离子电池的使用的安全性还可以通过建立多级防护机制来实现，对锂电池运行的稳定性进行分析，降低安全事故发生的可能性。从实践的情况分析，可以在锂离子电池内部合理位置安装烟雾探测器和温度探测器，一旦发生起火等问题，可以及时自动灭火。并安装预警系统，最大限度提高锂离子电池运行的安全性。

3.4开发固态锂电子电池

当前使用的大部分锂离子电池均为液态锂离子电池，相比于固态锂离子电池，液态锂离子电池运行的稳定性比较差，并且使用的过程中安全事故发生的概率比较大，因此。必须加大对固态锂离子电池的研发力度。固态锂离子电池在使用的过程中出现腐蚀以及泄露的可能性比较大，固态电解质有有机和无机两种，在实际选择时可以根据实际情况合理选择，确保发挥固态电解质的最大使用效果。相比于液态锂离子电池，固态锂离子电池的结晶率比较高，并且实际使用时扩散速度比较快。

3.5构建发热保护机制

通过构建发热保护机制，能够提升系统运行状态的稳定性，降低安全问题发生概率。在实际应用中，可以使用正温度系数电极、热聚合添加剂等技术来构建发热保护机制，这样在探索到内部温度异常后，也会切断电路系统，从而起到良好的保护作用，提升保护机制的应用效果。

结论

总而言之，随着现代科学技术的不断发展和进步，锂离子电池的应用范围在不断的扩大，因此，必须加大对锂离子电池安全性测试以及评价的重视。根据实际情况合理选择锂离子电池的测试与评价方法，并且不断提高锂离子电池的使用性能，延长锂离子电池的使用寿命。全面分析影响锂离子电池的因素，制动科学有效的应用措施，并且锂离子电池中可以引入更多热稳定性高的电池材料，降低安全事故发生的可能性。

参考文献：

[1]蔡惠群,赵雪玲.隔膜对锂离子电池安全性的影响[J].电池工业,2019,23(2):59-62.

[2]常明飞,侯月朋,郅晓科,等.锂离子电池安全性能测试及其影响因素分析[J].电源技术,2018,42(9):1307-1309.

[3]孙延先,姜兆华.锂离子电池过充安全性研究[J].电源技术,2019,43(5):884-886.

[4]刘荣.锂离子电池负极材料的管理[J].现代经济信息,2018(13):407.