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锂离子电池怎么分类?锂离子电池电动汽车应该如何防爆?


锂离子电池在现代生活中扮演的角色越来越重要,从智能手机再到电动汽车,处处可见锂离子电池的身影,尤其是锂离子电池中不含金属态的锂,可以实现充电功能,因而成为电池商用的主流,但其能量密度和安全性急需提升,那么锂离子电池如何分类?锂离子电池有着什么优势?锂离子电池电动汽车如何防爆?

1、锂离子电池如何分类?

锂离子电池大致分为锂离子电池和锂金属电池,其中锂金属电池最早由GilbertN.Lewis1912年提出并研究,但由于锂金属化学特性非常活泼,使得锂金属制作及使用对环境要求很高,如容易引发爆炸等安全事故,因而锂金属电池很难被商业应用;

锂离子电池则是到1970年才有埃克森发明制作,由于锂离子电池制作材料可多样化、得以降作成本,同时经过多年的安全测试,终于在1991由索尼公司推出首款商用锂离子电池,由此革新了消费电子产品的面貌,并逐步应用到储能电源系统、邮电通讯的不间断电源、电动工具、军事装备、航空航天等新兴领域,尤其是电动汽车领域最为大家所熟悉。

2、锂离子电池技术原理是怎么样的?

锂离子电池是一种由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,其中锂金属电池是使用二氧化锰为正极材料,金属锂或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池,其放电反应公式为Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池则是使用锂合金基金属氧化物为正极材料,石墨为负极材料,使用非水电解质溶液的电池,其充电时正极反应公式为LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子),充电时负极反应公式为6C+XLi++Xe-=LixC6,充电电池总反应公式为LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6

锂离子电池制作成本重要来自于正极材料、负极材料、隔膜以及电解液四个部分,其中正极材料成本达到了30%,具体如下图所示:

3、锂离子电池优势有什么?

锂离子电池得到广阔的商业应用,源自电池性能好、环境适应性高和绿色环保等因素,其中电池性能好体现在高储能密度,约为铅酸电池的6倍,而其重量却只为铅酸电池的6分之一,且电池循环寿命可达6年以上;其环境适应性高体现在高功率承受力、耐低温适应强和自放电概率低,这就极大的延展电池使用范围和使用领域;其绿色环保则体现在锂离子电池生产、使用报废过程中,不含有也不出现任何铅、汞、镉等有害金属元素和物质;

4、锂离子电池电动汽车如何防爆?

锂离子电池的潜在问题体现在制作成本高昂,高温易爆炸以及充电使用便捷性三个方面,因此,锂离子电池在电动汽车领域应用,必须着眼于解决这些技术难题。

首先,通过全固态锂离子电池技术、不燃烧电池技术、电池防护装置技术的研究,解决锂离子电池高温易爆的问题;其次,通过研发及应用高能量密度电池材料,来降低电池制作成本,如硅、石墨、石墨烯基、石墨烯、复合金属锂电极、无钴高电压、铝石墨双离子电池等;最后,通过锂空气电池和锂氧电池的研究,解决锂离子电池充电便捷性的问题;

锂离子电池分为锂金属电池和锂离子电池,尤其是锂离子电池拥有电池性能好、环境适应强和绿色环保三大特点,因而得到了广泛的商业应用,但是也存在制作成本高昂、高温易爆和充电适应便捷性三大问题,因此高能量密度电池材料的应用、固态不燃烧电池技术以及锂空气电池技术研究,就成为了电动汽车电池技术变革的方向。方形LiCoO2-石墨电池,标称容量为6.8Ah,在烤箱中被外部加热。该研究包括循环老化的电芯,储存在60℃的非循环电芯以及在室温下储存的非循环电芯。研究了工作和非工作(失效)电芯。

在外部加热时,所有电池都会出现热失控,释放烟雾和气体。关于大约一半的工作电芯,在热失控后约15秒内,积聚在烘箱中的气体被点燃导致气体爆炸,并伴随着重要的烟气释放过程。

无论是否曾经循环过的电芯,并没有影响气体爆炸的发生,它们发生在0-300个全深循环的所有循环老化水平。

使用FTIR分析气体。无论是否有火焰出现,都检测到HF气体的存在。

另一种释放出潜在有毒气体的HF前体POF3,也与HF同时检测到。另外检测到有害气体CO。热失控温度约为190C,并且显示与老化过程中的循环次数有微弱的相关性,在0300次循环的测试循环范围内,100200次循环之间,是出现最少有毒气体的老化阶段。

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