リチウムイオン電池の熱安定性と過充、高温と短絡の安全性を分析してまとめます!

リチウムイオン電池は負極材料、電解液、正極材料から構成されています。負極材料のグラファイトは充電状態で金属リチウムに化学活性が近く、高温で表面のSEI膜が分解され、グラファイトに埋め込まれたリチウムイオンが電解液や接着剤ポリフロンと反応して大量の熱を放出します。

そのため、リチウムイオン電池は材料の観点から危険性が高く、特に乱用された場合には安全問題が大きくなります。

一、リチウムイオン電池材料の熱安定性の分析です

リチウムイオン電池の火災の危険性は、電池内部の各部で化学反応が起きて熱がどれだけ出るかで決まります。リチウムイオン電池の火災の危険性は、結局のところ電池材料の熱的安定性に依存し、電池材料の熱的安定性は内部の各部間で起こる化学反応に依存します。電池関連材料の熱安定性は、主にDSC(差走査量計)、TGA(熱重分析器)、ARC(断熱加速量計)などによって研究されています。

1負極材料の熱安定性の影響要因です

負極材料の放熱開始温度は粒子のサイズが大きくなるにつれて増加します。

DSCを用いて、粒子サイズの異なるリチウム天然黒鉛の熱安定性を研究しました。その結果、すべてのサンプルで放熱のピークが3つありました。サンプルの最初の放熱のピークは150℃付近にあり、その後の2つの放熱のピークの出現位置は明らかに異なっていました。この研究では、最初の放熱ピークはSEI膜の分解であり、後の2つの放熱ピークはリチウムグラファイトとPVDFと電解液の反応であることがわかりました。
ARCで黒鉛の比表面積と熱安定性の関係を調べたところ、0.4平方メートル/グラムから9.2平方メートル/グラムに増加すると、反応速度が2桁増加することがわかりました。従って、炭素負極材料の反応速度は、比表面積が大きくなるにつれて増加します。

炭素材料の反応の異なる構造、黒鉛構造は、無定形炭素構造よりも熱を生成します。