影響鋰離子電池安全性的因素有哪些？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-28 21:58
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當(dāng)前，安全是鋰離子電池從便攜式產(chǎn)品向動力電池和大規(guī)模儲能技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。本文從正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)和電池使用方式五個方面簡要介紹對鋰離子電池安全性的影響，總結(jié)出電池的使用方式和存放環(huán)境是引起鋰離子電池發(fā)生事故的一個關(guān)鍵因素。
正極
當(dāng)前，常見的正極主要包括LiCoO2，LiFePO4，LiMn2O4和LiNixCoyMn1?x?yO2(三元化合物)，熱力學(xué)穩(wěn)定性和放熱量順序依次為LiFePO4>LiMn2O4>LiNixCoyMn1?x?yO2>LiCoO2。LiCoO2和三元化合物熱穩(wěn)定性差，放熱量分別為770和570J?g?1，遠高于LiFePO4和LiMn2O4的發(fā)熱量(150/230J?g?1)，所以，LiFePO4是安全性最好的正極材料，而三元化合物具有容量高，成本低，環(huán)境污染小，可以大電流充放電等優(yōu)勢，相比導(dǎo)電率小的LiFePO4和容量低、循環(huán)性能差的LiMn2O4，是最有希望大規(guī)模應(yīng)用的正極材料
電解液
鋰離子電池使用的電解液溶劑主要是碳酸二乙酯，碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸甲基乙基酯和碳酸二甲酯等碳酸酯類有機化合物的混合物，這些化合物容易分解和氧化，著火點低，遇火極易燃燒。其中線性碳酸酯能提高電池的充放電容量和循環(huán)壽命，但是他們的閃點較低，在較低的溫度下即會閃燃，潛藏著很大的安全問題。而且體積比為1:1的碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯/碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯/碳酸二乙酯分解電壓依次為4.25、5.1和4.35V，這些不同的分解電壓也是影響電池安全性能差異的另外一個因素。所以，選用高沸點、高閃點以及介電常數(shù)的環(huán)狀碳酸酯，或含有S、N、F等元素的有機溶劑，是提高鋰離子電池的安全性能一個途徑。此外，電解液中可以加入阻燃型添加劑，在受熱升溫時釋放出具有阻燃性能的自由基，吸收因電池濫用產(chǎn)生的氣體中的氫自由基或氫氧自由基，從而阻止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，減少或避免有機電解液燃燒，提高電池的安全性能[8]。
隔膜
鋰離子電池中的隔膜既需要避免正負(fù)極接觸，又不影響鋰離子和電子擴散。因此，前者對隔膜紙的厚度、熱力學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性能及熱閉合溫度和熔融溫度提出要求，防止形成枝晶鋰刺破隔膜，產(chǎn)生危險[9]。高飛等采用錐形量熱儀技術(shù)發(fā)現(xiàn)石墨和隔膜是影響電池燃燒行為的主要因素，隔膜的不完全燃燒產(chǎn)生煙氣的。作者采用層次分析法計算認(rèn)為鋰離子電池火災(zāi)的主要危險源是隔膜，其次是負(fù)極、正極[10]。后者則需要隔膜具有合適的孔徑、孔率和分布。一般孔徑小于10nm的，孔率為40%左右且分布均勻的隔膜紙，具有優(yōu)異的離子導(dǎo)電能力[6]。此外，隔膜需要有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性和抗穿刺能力，以及高溫條件下優(yōu)良的自動關(guān)斷保護功能。
