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隨著手機、數碼產品、電動汽車的普及，鋰離子電池在人們生活當中扮演著越來越重要的角色。低能量密度、循環壽命有限等使用問題常常被人們詬病，但是與這些問題相比，電池安全問題一直是人們關注的焦點。

近些年，由于電池安全問題引發的事故比比皆是，很多問題造成的后果觸目驚心，比如震驚業界的波音787“夢幻”客機鋰電池起火事件，以及SamsungGalaxy Note 7 大范圍的電池起火爆炸等事件，給鋰離子電池的安全性問題多次敲響了警鐘。

一　鋰離子電池的組成及工作原理

鋰離子電池主要由正極、負極、電解液、隔膜以及外部連接、包裝部件構成。其中，正極、負極包含活性電極物質、導電劑、粘結劑等，均勻涂布于銅箔和鋁箔集流體上。

鋰離子電池的正極電位較高，常為嵌鋰過渡金屬氧化物，或者聚陰離子化合物，如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等；鋰離子電池負極物質通常為碳素材料，如石墨和非石墨化碳等；鋰離子電池電解液主要為非水溶液，由有機混合溶劑和鋰鹽構成，其中溶劑多為碳酸之類有機溶劑，鋰鹽多為單價聚陰離子鋰鹽，如六氟磷酸鋰等；鋰離子電池隔膜多為聚乙烯、聚丙稀微孔膜，起到隔離正、負極物質，防止電子通過引起短路，同時能讓電解液中離子通過的作用。

在充電過程中，電池內部，鋰以離子形式從正極脫出，由電解液傳輸穿過隔膜，嵌入到負極中；電池外部，電子由外電路遷移到負極。在放電過程中：電池內部鋰離子從負極脫出、穿過隔膜，嵌入到正極中；電池外部，電子由外電路遷移到正極。隨著充、放電，遷移于電池間的是“鋰離子”，而非單質“鋰”，因此電池被稱為“鋰離子電池”。

二　鋰離子電池的安全隱患

一般來說，鋰離子電池出現安全問題表現為燃燒甚至爆炸，出現這些問題的根源在于電池內部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發熱，如果產生的熱量超過了電池熱量的耗散能力，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應和負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。

1　正極材料的安全隱患

當鋰離子電池使用不當時，導致電池內部溫度的升高，使正極材料會發生活性物質的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應能夠產生大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態對活性物質晶格轉變、分解溫度和電池的熱穩定性影響相差很大。

2　負極材料的安全隱患

早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產生，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態下的碳負極首先與電解液發生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。

3　隔膜與電解液的安全隱患

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發生熱分解，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應，降低電解液的熱穩定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應，易被氧化。

4　制造工藝中的安全隱患

鋰離子電池在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會對電池的安全性產生影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的均勻度決定了活性物質在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。漿料細度太大，電池充放電時會出現負極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現金屬鋰的析出；漿料細度太小會導致電池內阻過大。涂布加熱溫度過低或烘干時間不足會使溶劑殘留，粘結劑部分溶解，造成部分活性物質容易剝離；溫度過高可能造成粘結劑炭化，活性物質脫落造成電池內部短路。

5　電池使用過程中的安全隱患

鋰離子電池在使用過程中應該盡可能減少過充電或者過放電，特別對于單體容量高的電池，因熱擾動可能會引發一系列放熱副反應，導致安全性問題。

三　鋰離子電池安全檢測指標

鋰離子電池生產出來后，在到達消費者手中之前，還需要進行一系列檢測，盡量保證電池的安全性，降低安全隱患。舉例UL1642對鋰離子電池安全檢測部分指標如下：

1、短路測試：將兩組充滿電后的電池分別在20 ±5°C和 55 ±5°C環境下，用80 ±20 mohm電阻的導線將電池正負極短路，監測電池表面的溫度變化。當電池電壓下降到0.2C以下，表面溫度下降到(環境溫度±10)°C時停止測試。電池應不起火、不爆炸。

2、異常充電測試：用0.2C的電流將電池放至截止電壓，使用最大電壓和3Ic的電流對樣品進行試驗，測試時間為7小時或達到制造商宣傳的截止條件（取時間長者），測試中有不可恢復的過流或保護元件動作，則需以達到保護點前的電流重復一次測試。如果有可恢復的元件，則重復10次或充電完成，不超過7h。電池應不起火、不爆炸。

3、擠壓測試：將充滿電的電池放在一個兩個金屬平面中間，由油壓缸施與13±1KN的擠壓力，一旦擠壓壓力到達最大停止擠壓，電池不起火，不爆炸即可。方形電芯需翻轉90度進行擠壓。電池應不起火、不爆炸。

4、撞擊測試：電池充滿電后，放置在一個平面上，將直徑15.8mm±0.1mm的鋼柱垂直置于電池中心，將重量9.1±0.46Kg的重物從610mm±25mm的高度自由落到電池上方的鋼柱上。電池應不起火、不爆炸。

5、溫度循環測試：鋰離子電池溫度循環試驗是用來模擬鋰離子電池在運輸或貯存過程中，反復暴露在低溫和高溫環境下，鋰離子電池的安全性，試驗是利用迅速和極端的溫度變化進行的。測試后應在20 ±5°C環境溫度下存放24h。電池應不起火、不爆炸、不泄氣或漏液。對于以上測試需要專業人士在專業場地借助專業測試設備進行，確保測試安全。萊恩瑞斯科技作為國內首家專業從事鋰電池測試機構，擁有專業的測試人員和測試鋰電池需要的各種先進設備以及專業的測試場地，專業為各種鋰電池相關的產品企業提供安全、兼容、可靠性等測試。為廣大鋰電池相關產品企業通過各項測試和認證保駕護航。歡迎與我們取得聯系。