聚合物锂电池的热失控机理和安全保护措施

聚合物锂电池的热失控机理和安全保护措施

由于它们的高能量密度和出色的电化学性能，聚合物锂电池已成为便携式电子设备和新的储能系统的核心组件。但是，由热失控引起的安全问题始终限制了该技术的进一步发展。本文将深入分析热失控的诱导机制，并提出系统的安全保护计划。

1。热失控的三阶段演化机制

1。初始诱导阶段（80-120℃）

SEI膜分解：当温度达到80℃时，实心电解质界面膜开始不可逆转地分解

电解质汽化：碳酸盐溶剂在90℃以上猛烈蒸发，电池的内部压力增加

测量数据：温度上升速率可以达到1.5-2℃每分钟

2。链反应阶段（120-250℃）

阳性电极材料氧的演化：分层的氧化物阳性电极在150°处释放活性氧

电解质氧化分解：PF6⁻盐在180℃以产生腐蚀性气体（例如PF5）分解

热量产生率：此阶段可以达到超过500W/kg

3。热逃亡爆发阶段（＞250℃）

膜片熔化：聚乙烯diaphragm在135℃时收缩，聚丙烯隔膜融化为165℃

内部短路：电极的直接接触导致瞬时高电流排放

温度峰：实验测量高达800℃

2。导致热失控的五个主要因素

机械滥用

穿刺测试显示：1毫米钢针穿刺会导致温度在3秒内飙升600℃

挤压变形超过15％可能导致内部短路

电气滥用

当过度充电至4.5V时，锂降水量的量增加了300％

快速充电高于2C会导致树突生长lithium lithium lith

热滥用

120℃环境30分钟，热失控的概率达到75％

当局部过热区域的温度差大于50℃时，风险会大大增加

制造缺陷

由微米级金属颗粒污染引起的自放电率大于5％/天

当极毛毛刺大于20μm时，穿刺的风险显着增加

老化因素

300个周期后，SEI膜厚度增加了200％

当容量衰减至80％时，热稳定性降低了40％

iii。多层安全保护系统

1。材料水平的改进

陶瓷涂层隔膜（耐温性升高到300°C）

燃烧的电解质（添加10％三甲基磷酸盐可以使自效果的时间缩短80％）

阴极材料涂层（Al2O3涂层将氧气释放温度提高50°C）

2。电池设计保护

三级保险丝设计（过电流，过电，过度过时）

压力释放阀（打开压力0.8-1.2MPA）

热隔离层（气凝胶材料的热导率<0.02W/m·K）

3。系统级管理策略

分布式温度传感（每2厘米每2厘米安排一个NTC）

多参数耦合警告（电压 +温度 +内部电阻变化率）

液体冷却系统响应时间<3秒

4。使用规格

充电温度应在0-45℃的范围内控制

避免连续快速充电> 1C

定期执行内部电阻测试（如果>初始值的30％，则需要更换）

iv。新安全技术的前景

固体电解质

氧化物电解质在室温下达到了10秒/cm离子电导率

聚合物 - 无机复合电解质可以承受400℃的高温

智能隔膜

温度敏感的开关材料（响应时间<0.1秒）

自我修复功能涂料（微裂纹的自动愈合）

预警系统

气体传感器检测到特征气体，例如HF和CO

声发射技术捕获了内部结构的变化

结论

聚合物锂电池的安全问题需要从三个维度的协调方式解决：材料，细胞和系统。随着新的电解质材料和智能保护技术的开发，预计到2025年的热失控事故率将降低到当前速率的1/10。建议制造商建立从原材料筛选到最终应用的完整生命周期安全管理系统，并且用户必须严格遵守使用的使用规范，以促进保险箱和维持式的彩色和维持式的彩色彩色技术。