锂离子电池和锂离子电容器的安全性
电池等蓄电设备除了需要具备快速充电、长效续航等基本特性,还要考虑使用的安全性。
本次,我们将介绍锂离子二次电池(以下简称锂离子电池)和锂离子电容器的安全性。
锂离子电池的安全性
不时会听闻报道搭载锂离子电池的电脑或智能手机发热甚至着火。造成这些事故的原因可能是外力,也可能是电池本身的缺陷,但大多数情况下,正负极短路是触发发热和起火的直接原因。
当正负极短路时,大量电流会引起局部发热,从而导致负极与电解液发生反应。一旦发热达到 200°C 左右时,作为正极材料的金属氧化物的晶体会坍塌并释放出氧气。产生的氧气作为助燃剂进入进一步产热的模式。这就是所谓的“热失控”现象。并且在最坏的情况下,会导致爆炸和火灾等事故。
锂离子电容器的安全性
锂离子电容器(LIC)是利用一般双电层电容器的原理的同时,采用能够吸储锂离子的碳基材料作为负极材料,通过添加锂离子来提高能量密度的一种电容器。
锂离子电容器比锂离子电池更安全,究其原因有一下几点。
原因之一是正极材料的不同。之前解释过锂离子电池的“热失控”与正极使用的金属氧化物有关,但与锂离子电池不同,作为锂离子电容器正极材料的活性炭不含有氧元素。因此,即使发生短路,也不会达到连锁反应的放热模式。
第二个原因是不会析出铜枝晶。在锂离子电容器中,负极预掺杂锂离子(预锂化),在充放电过程中,负极在接近锂电势的极低电势之间来回移动。即使 LIC 超过额定电压范围而发生过放电,负极电位也不会上升到接近铜析出电位,因此铜枝晶析出的风险极低。
第三个原因是锂离子电容器拥有的能量不同。锂离子电容器是双电层电容器(EDLC)等电容器中具有极高能量密度的器件,但实际情况是储能比锂离子电池低一个数量级左右。即使短路导致拥有的能量瞬间释放,其功率也比锂离子电池低一个数量级。
锂离子电容器安全总结
怎么样?
我们介绍了锂离子电池和锂离子电容器的安全性。
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