锂离子电池内部短路失效的反应机理研究

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1、第16卷第2期电化学Vol.16No.22010年5月ELECTROCHEMISTRYMay2010文章编号:1006-3471(2010)02-0185-07锂离子电池内部短路失效的反应机理研究1*112李贺，于申军，陈志奎，梁广川(1.天津力神电池股份有限公司，天津300384;2.河北工业大学材料学院，天津300130)摘要:应用电池挤压试验机研究了锂离子电池内部短路失效过程，并由DSC、GC/MS和XRD分析了电池内部的正极、负极和电解液之间在不同温度下的反应机理.实验表明，正极Li0.5CoO2与电解液的反应是导致电池内部短路失效的根本原因.电池因内部短路发热，一

2、旦温度达到正极Li0.5CoO2的分解温度时，正极瞬时分解，并释放出O2.后者与电解液瞬间发生剧烈反应，同时放出大量CO2气体，冲破电池壳体，造成电池发生爆炸.其中SEI膜自身的分解反应以及负极与电解液在初期的反应都为正极与电解液反应起了积累热量的作用.关键词:锂离子电池;内部短路;失效机理;挤压中图分类号:TM912.9文献标识码:A－1锂离子电池以其高比能量和高电压等优点已为0.1mm·s，当电池电压降低50mV时，挤压［1］广泛应用于移动通讯、笔记本电脑等电源.然头停止下降，并保持该位置，电池内部短路发生.而，锂离子电池一直潜藏着安全问题，在诸多滥用实验过程中需记录电

3、池壳体温度，直至温度开始条件下，会出现着火、爆炸乃至人员受伤等事下降.［2-5］件.因此，安全性问题是制约高容量及动力型1.3测试与分析［6-8］锂离子电池大规模商业化推广的主要问题.从样品热特性使用DSC200PC型差示扫描量热众多锂离子电池的失效案例分析来看，内部短路仪(德国NETZSCH公司)测试.将充满电的含电解是导致电池失效的主要原因.为了找到影响电池液的正/负极从铝/铜箔上取下，迅速移入特定样失效的关键因素和提高电池的安全性能，本文系－1，品池，加热范围25～300℃，升温速率5K·min统研究了锂离子电池内部短路的失效机理.－1保护气氛为N2，流速20mL·m

4、in;正/负极与电1实验解液反应的气体产物由6890N/5973inter型气质1.1电池材料及制造联用仪(GC-MS)(美国AGILENT公司)分析，色谱柱为GS-GASPRO型石英毛细管柱(30m×0.32实验电池为本公司商品化463446方型锂离子mmi.d.×0.25μm)，进样口温度250℃，柱温的电池.正极材料包括LiCoO2(湖南瑞翔)、PVDF程序升温条件为30℃(3min)→260℃(25℃·(PolyvinylideneFluoride)和导电剂(96∶2∶2，by－1min，5min)，载气为高纯氦气，流速1.8mL·mass)，负极材料含有石墨碳粉(

5、日本产)、PVDF和－1min，进样量1μL，分流比为20∶1;样品物相结导电剂(94∶4∶2，bymass)，电解液为1.0mol·－1构用D/max-2550型X射线粉末衍射仪(XRD)(日LLiPF6/EC+EMC+DEC(1∶1∶1，byVol.，天本理学)测试，Cu靶，Kα辐射，管电压40kV，管电津金牛).－1流40mA，扫描范围5°～80°，扫描速率4°·min.1.2内部短路实验2结果与讨论使用电池挤压试验机(北京商驰)模拟内部短路，其结构示意见图1.图中，驱动电机(a)，定位部2.1模拟电池内部短路实验分析件(b)，挤压头(c)，电池基座(d).挤压下降速

6、率锂离子电池的安全测试标准中有很多测试项收稿日期:2010-01-21，修订日期:2010-03-25*通讯作者，Tel:(86-22)83716995，E-mail:Lihe9701@126.com天津市自然科学基金项目(09JCYBJC07200)资助·186·电化学2010年图1模拟电池内部短路的电池挤压试验机结构示意图2锂离子电池内部短路试验壳体温度随实验时间的Fig.1Schematicdiagramofthebatteryimpacttestingma-变化chineforsimulatinginternalshort-circuitincellFig.2Rel

7、ationshipbetweentheexternaltemperatureandFig.1a.motor;b.locatingdevice;c.impacthead;experimentaltimeintheinternalshort-circuittestd.batterybaseoflithiumionbatteries目，如外短路、过充电、热冲击和针刺等等，均为外作是在不同温度下引起的各种化学反应的叠加.界滥用状态导致电池失效，而真正检测电池内部为了便于分析，以下分别讨论正极与电解液及负短路还没有相关的试验