赵伯鸾
江苏省徐州技师学院 江苏省徐州市221000
摘要：锂离子动力电池作为新一代环保型高能电池，已成为新能源汽车的主流产品。在汽车新能源的大规模推广和应用中，锂离子动力电池的应用最为广泛。在新能源电池的推广和应用过程中，除了新能源的价格、使用寿命等方面需要考虑的因素外，动力电池系统的安全性是最重要的问题。
关键词：锂离子；安全性；动力电池
前言：对锂离子电池特性的研究可以分为热力学和动力学两个方面。热力学特性主要研究锂离子电池的电压和容量参数，相对简单，动力学研究相对复杂。锂离子电池的锂离子电池比和低温特性属于动力学研究领域，锂离子电池涉及非常复杂的物理和化学反应。通过大量的研究报告可以发现，锂离子电池可以采用交流阻抗的方法来研究其动态特性。锂离子电池的负极对温度较为敏感，可能会导致电池性能下降。
1.锂离子电池的结构
锂离子电池包括几个非常不同的系统，其设计过程相对复杂。锂钴氧化物、锂锰酸盐、镍钴锰三元和磷酸锂铁及其他制造工艺，以及绕组和圆盘制造工艺，联合铸造新型离子电池。每个不同的结构都由几个基本单元组成。从左至右依次为: 正极板、正极板、隔离膜、负极板和负极板。正极和负极集电体分别为铝箔和铜箔，正极和负极是由活性材料、导电材料和粘合剂混合而成的多孔介质层，可以通过电解质，隔离膜是允许锂离子通过但不允许电子通过的多孔介质。许多研究者称之为锂离子电池三明治的形状结构，因为这种类似三明治的结构特别有利于锂离子电池物理和化学性质的发展。物理和化学过程，如锂离子电池，是其动力学过程。对它们的研究和解释将有助于进一步发展锂离子电池的创新应用。
2.锂离子电池动力学过程原理分析
在进入负载或外部电源后，锂离子电池正式连接到电路。进入电路的电池会改变锂离子的物理和化学性质。电过程揭示了电池的内部动态过程。对于锂离子电池来说，充放电过程的原理是非常相同的，但是负电荷和正电荷的运动方向恰好相反。当锂离子电池连接到负载时，电极的正负电压之间会有很大的电位差。通过平衡电压的变化，在开路方案下，雷子电池的内部平衡机制被打破，正负极产生化学反应，这些化学反应是由锂离子电流激发的。也就是说，电化学反应是从再折叠的活性粒子中去除锂离子的过程，电化学反应会驱动锂离子电池出现浓度梯度。它从负活性粒子中分离出来，逐渐扩展到迁移层和对流层。锂离子电池的液相扩散过程表明，锂离子电池吸收了集电极和电极板上的锂离子电池。这个过程促进了锂离子本身的扩散。锂离子被吸收后，固相电位驱动锂离子相变过程。这个过程可以用数学公式来描述，它是锂离子在活性粒子表面反应过程的数学描述。这是一种强烈的电化学反应。当锂离子交换电流时，通过描述电化学反应强度的差异，可以很好地显示电极电位平衡值的差异。
3锂离子电池的几代变革
第一代锂离子电池: 负极: 金属锂，工作电压可达3.7。由于直接使用极活性金属锂作为负极催化剂，安全隐患较大，已被消除。第二代锂离子电池: 低功率液态锂离子电池。负极: c 同素异形体材料，工作电压提高6 v，避免了直接使用锂作为负极的潜在安全隐患。第三代锂离子电池: 聚合物锂离子电池。电解液是固态凝胶，可以制成任何形状和大小的胶状物。大容量，但不大电流放电，适用于手机、 mp3和其他市场上青睐的小功率 it 产品。第四代锂离子电池: 大功率锂离子电池。大容量，适用于大电流(功率)放电。
4锂电池的安全隐患
安全性能是锂离子电池，尤其是锂离子动力电池的关注焦点。
与锂二次电池相比，锂离子电池和金属电池的安全性能有了很大提高，但在实际应用中仍存在许多隐患。特别适用于电动汽车和混合动力汽车动力锂离子电池，其充放电电流大，散热不良导致电池内部温度升高。研究结果表明，锂离子电池可以用于制造铝电池，熔融集热器的高温(> 700 °c)会导致电池冒烟、着火、爆炸，甚至造成人身伤害，因此，研究锂离子电池的安全性能对于扩大锂离子电池的商业化，保证使用人员的安全具有重要意义。本文从锂离子电池锂离子电池材料和制造工艺两个方面分析了影响锂离子电池安全性的因素，并进一步分析了锂离子电池安全性的关键问题。
4.1 电池材料本身的安全性
由于电池材料对锂离子电池安全性能的影响，锂离子电池的安全保护通常采用一种特殊的充电电池来控制充电过程，防止电池过充放电，并在电池上设置安全阀和热敏电阻，这些方法是使电池在使用过程中,为了解决锂离子电池的安全问题，我们应该从电池材料的安全性能入手。3.2材料对锂离子动力电池安全性的影响一般来说，电池材料的热稳定性是影响锂离子动力电池安全性的一个重要因素。这主要与电池材料有关，也与材料的热活性有关。当电池温度升高时，电池内部会发生许多放热反应。如果热量损失超过热量损失，热量就会溢出。锂离子电池材料之间的主要放热反应有: 薄膜的分解、电解液的分解、正极的分解、负极与电解液的反应、负极与胶粘剂的反应
4.2 正极材料
锂离子电池正极材料一直是制约锂离子电池发展的关键。与负极材料相比，正极材料可以降低能耗、低密度和功率密度，也是造成锂离子电池安全隐患的主要原因。正负极材料的结构对锂离子的嵌锂和脱锂对电池的循环寿命有决定性的影响。利用容易脱层的活性材料，在充放电循环过程中，活性材料的结构变化不大且可逆，有利于延长电池的使用寿命。锂离子电池的滥用随着电池内部温度的升高，正极电极会产生活性物质的分解和电解质的氧化，产生大量的热量，导致电池温度的进一步升高。
5锂离子电池安全问题及事故防范
为了提高电池安全检测的频率，在锂离子动力电池销售前，必须达到电池安全检测的标准，并通过相关国家安全检测标准的检测认证，这样可以大大减少锂离子电池安全事故的发生。当然，即使电池通过了国家电池安全测试，电池也不是绝对安全的。本文系统地总结了动力电池锂离子电池安全性能故障，重点介绍了动力电池各种故障的安全性能设计。加强对动力电池系统安全的监控，在锂离子电池运行过程中进行适当、科学的管理和监控，防止动力电池被滥用，对可能发生的动力电池安全事故进行无形的预警和监控。科学开发和使用车用锂离子动力电池管理系统，实现对锂离子动力电池安全系统的实时、有效、全面的监控。动力电池管理系统需要对其电池工作状态、电池剩余容量、电池寿命状态、充电工作状态和电池安全状态进行评估。当电池组不正常时，需要进行早期预警和故障处理，以平衡电池的一致性问题。同时，动力电池管理系统需要实时监测电池温度，设计有效、科学的温度和热管理系统，使电池温度处于安全状态，避免低温充电和超高温充电引起的热失控，保持电池最佳工作温度环境，提高电池的使用寿命，提高使用安全性。随着电池寿命的下降，电池系统的安全性逐渐降低。因此，有必要开发一种与电池寿命相对应的科学算法，计算电池寿命，避免因电池老化而引起的安全事故。此外，对蓄电池内部短路机理进行了研究，并对相关参数进行了监测。当蓄电池存在安全问题时，提前进行自动预警和安全控制，大大减少了热失控和热扩散的发生。随着锂离子动力电池比能量的增加，单次安全事故造成的危害将增大，电动汽车的大规模普及也将增加安全事故的发生频率。我们必须关注锂离子动力电池系统的安全性，不能以牺牲电池系统的安全性来降低生产成本。
结语
锂离子动力电池的热安全性对电池的商业应用具有重要影响。为了提高电池的热安全性和热稳定性，应选择合适的阳极和阴极材料、电解质、粘结剂和添加剂，采用合适的电机制造和电池组装工艺，以提高电池的安全性能，提高锂离子电池的使用价值。
参考文献：
[1]李硕硕. 全生命周期的锂离子动力电池的安全性能研究[D].天津理工大学,2019.