1 熱失控原因分析

 

鋰離子電池的熱失控主要是因電池內(nèi)部溫度上升而起。目前商業(yè)鋰離子電池中應(yīng)用最廣的電解液體系是LiPF6 的混合碳酸酯溶液，此類溶劑揮發(fā)性高、閃點(diǎn)低、非常容易燃燒。當(dāng)沖撞或者變形引起的內(nèi)部短路，大倍率充放電和過(guò)充，就會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電池溫度上升。當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致一系列分解反應(yīng)，使電池的熱平衡受到破壞。當(dāng)這些化學(xué)反應(yīng)放出的熱量不能及時(shí)疏散，便會(huì)加劇反應(yīng)的進(jìn)行，并引發(fā)一連串的自加熱副反應(yīng)。電池溫度急劇升高，也就是“熱失控”，最終導(dǎo)致電池的燃燒，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生爆炸［2-3］ 。

 

總的來(lái)說(shuō)，鋰離子電池熱失控原因主要集中在電解液的熱不穩(wěn)定性，以及電解液與正、負(fù)極共存體系的熱不穩(wěn)定性兩個(gè)大的方面［4］。

 

目前從大的方面來(lái)看，安全型鋰離子電池主要從外部管理和內(nèi)部設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來(lái)采取措施，控制內(nèi)部溫度、電壓、氣壓來(lái)達(dá)到安全目的。

 

2 解決熱失控的策略

 

2.1 外部管理

 

1）PTC（正溫度系數(shù)）元件：在鋰離子電池中安裝PTC 元件，其綜合考慮了電池內(nèi)部的壓力和溫度，當(dāng)電池因過(guò)充而升溫時(shí)，電池內(nèi)阻迅速提高從而限制電流，使正負(fù)極之間的電壓降為安全電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的自動(dòng)保護(hù)功能［2，4］。

 

2）防爆閥：當(dāng)電池由于異常導(dǎo)致內(nèi)壓過(guò)大時(shí)，防爆閥變形，將置于電池內(nèi)部用于連接的引線切斷，停止充電。

 

3）電子線路：2~4 節(jié)的電池組可以預(yù)埋電子線路設(shè)計(jì)鋰離子保護(hù)器，避免過(guò)充及過(guò)放電，從而避免安全事故發(fā)生，延長(zhǎng)電池壽命［4］。

 

當(dāng)然這些外部控制方法都有一定效果，但這些附加裝置增加了電池的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本，也不能徹底解決電池安全性問(wèn)題。因此，有必要建立一種內(nèi)在的安全保護(hù)機(jī)制。

 

2.2 改進(jìn)電解液體系

 

電解液作為鋰離子電池的血液，電解液的性質(zhì)直接決定了電池的性能，對(duì)電池的容量、工作溫度范圍、循環(huán)性能及安全性能都有重要的作用［2-5］。目前商用鋰離子電池電解液體系，其應(yīng)用最廣泛的組成是LiPF6、碳酸乙烯酯和線性碳酸酯。前面兩個(gè)是不可或缺的成分，它們的使用也產(chǎn)生了電池性能方面某些局限，同時(shí)電解液中使用了大量低沸點(diǎn)、低閃點(diǎn)的碳酸酯類溶劑，在較低的溫度下即會(huì)閃燃，存在很大的安全隱患［5］。因此，許多研究者嘗試改進(jìn)電解液體系以提高電解液的安全性能。在電池的主體材料（包括電極材料、隔膜材料和電解質(zhì)材料）在短時(shí)間內(nèi)不發(fā)生顛覆性改變的情況下，提高電解液的穩(wěn)定性是增強(qiáng)鋰離子電池安全性的一條重要途徑［4-5］。