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一、鋰離子電池的組成及工作原理

鋰離子電池緊要由正極、負極、電解液、隔膜以及外部連接、包裝部件構成。其中，正極、負極蘊含活性電極物質(zhì)、導電劑、粘結劑等，平均涂布于銅箔和鋁箔集流體上。

鋰離子電池的正極電位較高，常為嵌鋰過渡金屬氧化物，或者聚陰離子化合物，如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等;鋰離子電池負極物質(zhì)通常為碳素材料，如石墨和非石墨化碳等;鋰離子電池電解液緊要為非水溶液，由有機混合溶劑和鋰鹽構成，其中溶劑多為碳酸之類有機溶劑，鋰鹽多為單價聚陰離子鋰鹽，如六氟磷酸鋰等;鋰離子電池隔膜多為聚乙烯、聚丙稀微孔膜，起到隔離正、負極物質(zhì)，戒備電子通過引起短路，同時能讓電解液中離子通過的用途。

在充電過程中，電池內(nèi)部，鋰以離子形式從正極脫出，由電解液傳輸穿過隔膜，嵌入到負極中;電池外部，電子由外電路遷移到負極。在放電過程中：電池內(nèi)部鋰離子從負極脫出、穿過隔膜，嵌入到正極中;電池外部，電子由外電路遷移到正極。隨著充、放電，遷移于電池間的是“鋰離子”，而非單質(zhì)“鋰”，因此電池被稱為“鋰離子電池”。

二、鋰離子電池的安全隱患

一般來說，鋰離子電池出現(xiàn)安全問題表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸，出現(xiàn)這些問題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發(fā)熱，倘若出現(xiàn)的熱量超過了電池熱量的耗散能力，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發(fā)生SEI膜的分析、電解液分析、正極分析、負極與電解液的反響應負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。

1、正極材料的安全隱患

當鋰離子電池使用不當時，導致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會發(fā)生活性物質(zhì)的分析和電解液的氧化。同時，這兩種反應能夠出現(xiàn)大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對活性物質(zhì)晶格轉變、分析溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。

2、負極材料的安全隱患

早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易出現(xiàn)鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效戒備鋰枝晶的出現(xiàn)，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負極首先與電解液發(fā)生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。

3、隔膜與電解液的安全隱患

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分析，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應，易被氧化。

4、制造工藝中的安全隱患

鋰離子電池在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會對電池的安全性出現(xiàn)影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的平均度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的平均性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現(xiàn)負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出;漿料細度太小會導致電池內(nèi)阻過大。涂布加熱溫度過低或烘干時間不足會使溶劑殘留，粘結劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離;溫度過高可能造成粘結劑炭化，活性物質(zhì)脫落造成電池內(nèi)部短路。

5、電池使用過程中的安全隱患

鋰離子電池在使用過程中應當盡可能減少過充電或者過放電，特別有關單體容量高的電池，因熱擾動可能會引發(fā)一系列放熱副反應，導致安全性問題。