锂电池的安全性问题

锂电池有轻便、充电快等优点，那为什么铅酸电池等其他二次电池也还在市场流通呢？
除了成本、适用领域不同等问题，还有一个原因是安全性。
锂是世界上最活泼的金属，由于其化学特性太活泼，当锂金属暴露在空气中时会与氧气产生激烈的氧化反应，因此容易产生爆炸、燃烧等现象。此外，锂电池充放电过程中内部也会产生氧化还原反应，爆炸和自燃主要都是因为锂电池发热后所累积起来、来不及扩散和释放所导致的。简单来说就是锂电池在充放电过程中会产生大量的热量，这会导致电池内部温度升高以及单体电池之间的温度不均匀，从而造成电池的性能不稳定。
热失控
锂离子电池的不安全行为（包括电池在过充过放、快速充放电、短路、机械滥用条件和高温热冲击等情况）容易触发电池内部的危险性副反应而产生热量，直接破坏负极和正极表面的钝化膜。
锂离子电池热失控事故的触发原因有很多种，根据触发的特征，可以分为机械滥用触发、电滥用触发和热滥用触发三种方式。
机械滥用：指的是由汽车碰撞等引起的针刺、挤压以及重物冲击等；
电滥用：一般由电压管理不当或电器元件故障引起，包括短路、过充电和过放电等；
热滥用：由温度管理不当导致的过热引起的。

这三种触发方式之间相互关联，如上图所示，机械滥用一般会引起电池隔膜的变形或破裂，导致电池内部正负极直接接触短路，出现电滥用；而电滥用下，焦耳热等产热增加，引起电池温度上升，发展为热滥用，进一步触发电池内部的链式产热副反应，最终导致电池热失控发生。
电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言，“热失控”是一个能量正反馈循环过程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。
热失控的过程：

1. 电池内部升温，SEI膜在高温下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应，进一步把电池温度推高到150℃，此温度下又有新的剧烈放热反应发生。

2. 电池温度达到200℃之上时，正极材料分解，释放出大量热和气体，电池开始鼓包，持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。

3. 充电态正极材料开始发生剧烈分解反应，电解液发生剧烈的氧化反应，释放出大量的热，产生高温和大量气体，电池发生燃烧爆炸。

过充
过充时析出锂枝晶的问题：
钴酸锂电池，在充满电后，仍有大量的锂离子留在正极。也就是说，负极上容纳不了更多的附着在正极上的锂离子，但在过充状态下，正极上多余的锂离子仍会向负极游动，因不能完全容纳便会在负极上形成金属锂，由于这种金属锂是树枝状的晶体，因而被称为枝晶，枝晶过长后容易刺穿隔膜，导致内部短路。由于电解液的主要成分是碳酸脂，燃点和沸点较低，这样，在温度较高的情况下就会燃烧甚至爆炸。

如果是聚合物锂电池，电解液为胶体，容易发生更猛烈的燃烧。
为了解决这一点，科学家们尝试更换更安全的正极材料。锰酸锂电池的材料具有一定的优点，它可以保证在满电状态下，正极的锂离子可以完全嵌入到负极炭孔中，而不是像钴酸锂那样会在正极有一定残留，一定程度上避免了枝晶的产生。锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远远低于钴酸锂，即使外部短路(而非内部短路)，也基本能避免析出金属锂引发燃烧和爆炸。磷酸铁锂的热稳定更高，电解液氧化能力低，因而安全性高。
老化
锂离子电池的老化衰减外在表现为容量衰减和内阻增加，其内部的老化衰减机理包括正负极活性材料损失和可用锂离子损失等。
当发生负极材料老化衰减、负极容量不足的情况时，也更易发生负极析锂的危险。
在过放电等情况下，负极对锂电势会升高到3V以上，高于铜的溶解电位，造成铜集流体的溶解。溶解的铜离子会在正极表面析出，并形成铜枝晶。铜枝晶会穿过隔膜，造成内短路，严重影响电池的安全性能。
此外，老化电池的耐过充能力会有一定程度的下降，主要由于内阻增加和正负极活性物质的减少，导致电池过充电过程中焦耳热增加，在更少的过充电量下便可能触发副反应，引发电池热失控。而在热稳定性方面，负极析锂会导致电池热稳定性的急剧下降。
总而言之，老化后的电池安全性能会大大降低，严重危害电池的安全。
解决办法
最常见的方案是为电池储能系统配备电池管理系统（BMS），例如Tesla Model S中使用的8000个18650电池，就是通过其电池管理系统实现对电池各种物理参数实时监测、评估电池使用状态、并进行在线诊断和预警，同时也能够进行放电与预充控制、电池的均衡管理和热管理等。