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锂离子电池爆炸机理研究
唐致远 陈玉红
天津大学
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研究工作的意义
锂离子二次电池以其高比能量、较高的工作电压、体积小、重量轻等优点已成为移动通讯、笔记本电脑等便携式电子产品的主要电源之一。然而，锂离子电池在充放电过程中由于使用不当，会出现爆炸的危险；特别是在滥用条件下（如受热、过充、短路、振动、挤压等），电池会出现燃烧、爆炸乃至人员受伤等情况。因此，研究锂离子电池的爆炸机理对提高锂离子电池的安全性有重要的意义。
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锂离子电池中热量的主要来源：
一. 碳负极表面主要存在三种放热反应 ：
● SEI膜的热分解反应：SEI膜的热分解反应一般在
120℃左右，反应放出的 热量很低，以此热量来加
热电池，仅会使其升高几度，不会带来危险。
● LixC6与溶剂的反应：LixC6与溶剂反应的起始温度
一般发生在120℃以上，放出的热量与x值、锂
盐、溶剂有关，并且反应热比较大，在某种情况
下可能是电池失控的主要原因。
● LixC6与粘结剂的反应：尽管粘结剂与LixC6的放热
量比较大（起始温度260℃左右，放出的热量大于
1000J/g），但由于粘结剂在负极中所占的比例有
限，因此不会成为电池爆炸的主要原因。
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SEI 分解
LixC6/溶剂
LixC6/PVDF
温度范围
（℃）
放热量
（J/g）
温度范围
（℃）
放热量
（J/g）
备注
温度范围
（℃）
放热量
（J/g）
备注
80～120
257
100～120
350
>260
1025

130
41
210～230
425

240～350
1500
LiC6/PVDF
210～230
1388
Li2C6/溶剂
>260
1647
Li2C6/PVDF
90～290
1497
SEI 分解＋LiC6/溶剂
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二. 正极表面存在的几种主要放热反应
常用的正极材料（如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4）在充电状态时处于亚稳定状态。温度升高到200℃左右会发生分解放出氧气并氧化溶剂（也有人认为电解液与正极的反应发生在氧气释放之前，其机理有待于深入研究）。正极材料的分解起始温度和放热量与材料的种类、嵌锂状态、材料的比表面积有关,表2总结了一些正极材料的热稳定性。
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正极材料
起始温度（℃）
放热峰温度（℃）
放热量 （J/g）
LiNiO2
182
209
1300

175
220
1600

197
228
1600
LiCoO2
181
256
1100
LiMn2O4
209
280
860
LiFePO4
221
252
520
LiNi3/8Co1/4Mn3/8O2
270
297
290
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部分正极材料热稳定性的比较
LiNiO2 ＜ ＜LiCoO2 ＜
LiMn2O4 ＜ LiFePO4 ＜LiNi3/8Co1/4Mn3/8O2
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三. 电解液的热分解反应
●电解液的热分解反应（200℃以上）主要是在
温度升高时溶剂与电解质的反应。其分解温
度和放热量与电解质锂盐的种类及浓度，溶
剂的种类以及溶剂的配比有关。
●当锂离子电池充电电压超过电解液的分解电
压（）时，电解液也会发生分解反
应,放出热量,并产生气体。
●电池有内阻（Rc），当电流通过负极时，内
阻产生的热量为I2Rct，有时称之为极化内阻
热。当电池外部短路时，电池内阻热占主导
地位。
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锂离子电池内部的主要放热反应：
锂离子电池的燃烧或爆炸主要是由于温度升高时，电池内部的活性物质及电解液组分之间发生化学与电化学反应产生大量的热与气体所致，图1表示锂离子电池内部存在的主要放热反应。
图1. 锂离子电池内部存在的主要放热反应
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引起锂离子电池燃烧或爆炸的几种可能性：
●当锂离