鋰離子電池常用的安全技術(shù)一般有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-03 04:57
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1 選用安全系數(shù)更高的原材料
選用安全系數(shù)更高的正負(fù)極活性材料、隔膜材料和電解液。
a）正極材料的選擇
正極材料的安全性主要基于以下3個(gè)方面：
1 材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性；
2 材料的化學(xué)穩(wěn)定性；
3 材料的物理性能。
b）隔膜材料的選擇
隔膜的主要作用是將電池的正、負(fù)極分隔開(kāi)，防止正負(fù)極接觸而短路，同時(shí)具有使電解質(zhì)離子通過(guò)的能力，即具有電子絕緣性和離子導(dǎo)通性。鋰離子電池選用隔膜時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1 具有電子絕緣性，保證正負(fù)極的機(jī)械隔離；
2 有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率；
3 隔膜材料具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，必須耐電解液腐蝕；
4 隔膜要有自動(dòng)關(guān)斷保護(hù)的功能 ；
5 隔膜的熱收縮率和變形性要盡可能地??；
6 隔膜要具有一定的厚度；
7 隔膜要具有較強(qiáng)的物理強(qiáng)度并有足夠大的抗穿刺的能力。
c）電解液的選擇
電解液是鋰離子電池的重要組成部分，在電池正負(fù)極之間起著輸送和傳導(dǎo)電流的作用。鋰離子電池使用電解液是以適當(dāng)?shù)匿圎}溶解在有機(jī)非質(zhì)子混合溶劑中而形成的電解質(zhì)溶液。它通常應(yīng)滿足以下幾方面的要求：
1 化學(xué)穩(wěn)定性好， 與電極活性物質(zhì)、集流體和隔膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；
2 電化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較寬的電化學(xué)窗口；
3 鋰離子電導(dǎo)率高，電子電導(dǎo)率低；
4 液態(tài)溫度范圍寬；
5 安全無(wú)毒，對(duì)環(huán)境友好。
2 加強(qiáng)電芯整體安全性設(shè)計(jì)
電芯是將電池各種物質(zhì)組合起來(lái)的紐帶，是正極、負(fù)極、隔膜、極耳和包裝膜等系統(tǒng)之集成，電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不單影響到各種材料性能的發(fā)揮，還對(duì)電池的整體電化學(xué)性能、安全性能產(chǎn)生重要的影響。材料的選擇與電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正是一種局部與整體的關(guān)系，在電芯設(shè)計(jì)上，應(yīng)該結(jié)合材料特性來(lái)制定合理的結(jié)構(gòu)模式。
另外，在鋰電池結(jié)構(gòu)上還可以考慮一些額外的保護(hù)裝置，常見(jiàn)的保護(hù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)有以下幾種：
1 采用開(kāi)關(guān)元件，當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時(shí)，它的阻值隨之上升，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)自動(dòng)停止供電；
2 設(shè)置安全閥（就是電池頂部的放氣孔），電池內(nèi)部壓力上升到一定的數(shù)值時(shí)，安全閥自動(dòng)打開(kāi)，保證電池的使用安全性。
下面對(duì)電芯結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)提出一些實(shí)例：
a） 正負(fù)極容量比和設(shè)計(jì)大小片
根據(jù)正負(fù)極材料的特性來(lái)選擇合適的正負(fù)極容量比，電芯的正負(fù)極容量的配比是關(guān)系到鋰離子電池安全性的重要環(huán)節(jié)，正極容量過(guò)大將會(huì)出現(xiàn)金屬鋰在負(fù)極表面沉積， 而負(fù)極過(guò)大電池的容量會(huì)有較大的損失。一般而言，N/P=1.05～1.15，并根據(jù)實(shí)際的電池容量和安全性要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。設(shè)計(jì)大小片，使負(fù)極膏體（活性物質(zhì)） 位置包?。ù笥冢┱龢O膏體位置，一般寬度應(yīng)大1～5 mm，長(zhǎng)度應(yīng)大5～10 mm。
b） 隔膜寬度留有余量
隔膜寬度設(shè)計(jì)的總體原則是防止正負(fù)極片直接接觸而發(fā)生內(nèi)部短路，由于電池在充放電過(guò)程中和熱沖擊等環(huán)境下，隔膜的熱收縮性導(dǎo)致隔膜在長(zhǎng)度和寬度方向上發(fā)生變形，隔膜褶皺的區(qū)域由于正負(fù)極間的距離增大，致使極化增大；隔膜拉伸的區(qū)域由于隔膜變薄而使微短路的可能性加大；隔膜邊緣區(qū)域的收縮則可能導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸而發(fā)生內(nèi)短路，這些都會(huì)使電池因熱失控而發(fā)生危險(xiǎn)。因此，在設(shè)計(jì)電池時(shí)，在隔膜的面積和寬度的使用上必須考慮其收縮特性，隔離膜要比陽(yáng)極、陰極大?？紤]在工藝誤差外，隔離膜必須比極片外邊長(zhǎng)至少0.1mm。
