锂离子电池热稳定性因素分析

本文主要探讨了影响锂离子电池（Li-ion Batteries）热稳定性的关键因素，重点关注了正负极材料、荷电状态（SOC）、老化效应以及外部和内部热源对电池安全性的影响。 锂离子电池的热稳定性是其安全性能的重要指标。首先，负极侧的热反应启动是决定电池是否发生放热反应的关键。在负极表面沉积的金属锂会导致电池稳定性降低，因此，形成有效且热稳定的固态电解质界面膜（SEI）对于确保锂离子电池的安全至关重要。 正极材料的高反应性在电解液存在下主导了热失控的动力学过程。层状和尖晶石结构的电极在充电状态下热稳定性降低。特别是含镍的正极活性材料，无论结构是层状还是尖晶石，其热稳定性都会显著下降。镍含量的增加会内在地降低NCM结构的热稳定性。此外，老化效应对层状过渡金属氧化物如NCM的热稳定性影响更大，相比于尖晶石或橄榄石型活性材料。 电池的老化状态和荷电状态也直接影响热稳定性。随着电池老化，其性能退化，可能导致热稳定性下降。荷电状态（SOC）的改变会影响电池内部的化学反应，从而影响其热稳定性。例如，高荷电状态下的电池更容易发生热失控。 外部和内部的热源可以触发电池的热事件。外部短路、内部短路、树枝状晶体（dendrites）的生长、钉子穿刺或挤压等机械损伤都可能引发热量积累，进一步导致热分解。这些因素与电池的内部热源，如副反应和自放电，共同作用，可能引发热失控并导致潜在的安全问题。 实验研究使用了商业化的18650电池，采用LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2作为正极材料，石墨作为负极，PE作为隔膜，并以DMC、EC和PC作为电解液溶剂。这些研究提供了深入理解锂离子电池热稳定性问题的实证数据，为提高电池的安全性和防止热传播提供了依据。 确保锂离子电池的热稳定性涉及多个层面，包括选择适当的正负极材料，控制荷电状态，减缓电池老化，以及防止外部和内部的热触发因素。这些因素之间的相互作用必须在电池设计和管理系统（如电池管理系统，BMS）中得到充分考虑，以提高电池的安全性和使用寿命。