如何才能提高鋰離子電池安全性？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-30 18:40
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1、使用安全型鋰離子電池電解質(zhì)
目前鋰離子電池電解液使用碳酸酯作為溶劑，其中線型碳酸酯能夠提高電池的充放電容量和循環(huán)壽命，但是它們的閃點(diǎn)較低，在較低的溫度下即會(huì)閃燃，而氟代溶劑通常具有較高的閃點(diǎn)甚至無(wú)閃點(diǎn)，因此使用氟代溶劑有利于抑制電解液的燃燒。目前研究的氟代溶劑包括氟代酯和氟代醚。
阻燃電解液是一種功能電解液，這類(lèi)電解液的阻燃功能通常是通過(guò)在常規(guī)電解液中加入阻燃添加劑獲得的。阻燃電解液是目前解決鋰離子電池安全性最經(jīng)濟(jì)有效的措施，所以尤其受到產(chǎn)業(yè)界的重視。
2、提高電極材料熱穩(wěn)定性
鋰離子電池的安全問(wèn)題是不安全電解質(zhì)直接導(dǎo)致的，但從根源上來(lái)說(shuō)，是因?yàn)殡姵乇旧淼姆€(wěn)定性不高，熱失控的出現(xiàn)導(dǎo)致的。而熱失控的發(fā)生除了電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性原因，電極材料的熱穩(wěn)定性也是最重要的原因之一，所以提高電極材料的熱穩(wěn)定性也是提高電池安全性的重要環(huán)節(jié)，但是這里所說(shuō)的電極材料熱穩(wěn)定性不但包括其自身的熱穩(wěn)定性，也要包括其與電解質(zhì)材料相互作用的熱穩(wěn)定性。
通常負(fù)極材料熱穩(wěn)定性是有其材料結(jié)構(gòu)和充電負(fù)極的活性決定的。對(duì)于碳材料，球形碳材料，如中間相碳微球(MCMB)相對(duì)于鱗片狀石墨，具有較低的比表面積，較高的充放電平臺(tái)，所以其充電態(tài)活性較小，熱穩(wěn)定性相對(duì)較好，安全性高。而尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12,相對(duì)于層狀石墨的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，其充放電平臺(tái)也高得多，因此熱穩(wěn)定性更好，安全性更高。
因此，目前對(duì)安全性要求更高的動(dòng)力電池中通常使用MCMB或Li4Ti5O12代替普通石墨作為負(fù)極。通常負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性除了材料本身之外，對(duì)于同種材料，特別是石墨來(lái)說(shuō)，負(fù)極與電解液界面的固體電解質(zhì)界面膜(SEI)的熱穩(wěn)定性更受關(guān)注，而這也通常被認(rèn)為是熱失控發(fā)生的第一步。提高SEI膜的熱穩(wěn)定性途徑主要有兩種：一是負(fù)極材料的表面包覆，如在石墨表面包覆無(wú)定形炭或金屬層;另一種是在電解液中添加成膜添加劑，在電池活化過(guò)程中，它們?cè)陔姌O材料表面形成穩(wěn)定性較高的SEI膜，有利于獲得更好的熱穩(wěn)定性。
目前鋰離子電池電解液使用碳酸酯作為溶劑，其中線型碳酸酯能夠提高電池的充放電容量和循環(huán)壽命，但是它們的閃點(diǎn)較低，在較低的溫度下即會(huì)閃燃，而氟代溶劑通常具有較高的閃點(diǎn)甚至無(wú)閃點(diǎn)，因此使用氟代溶劑有利于抑制電解液的燃燒。目前研究的氟代溶劑包括氟代酯和氟代醚。
阻燃電解液是一種功能電解液，這類(lèi)電解液的阻燃功能通常是通過(guò)在常規(guī)電解液中加入阻燃添加劑獲得的。阻燃電解液是目前解決鋰離子電池安全性最經(jīng)濟(jì)有效的措施，所以尤其受到產(chǎn)業(yè)界的重視。
2、提高電極材料熱穩(wěn)定性
鋰離子電池的安全問(wèn)題是不安全電解質(zhì)直接導(dǎo)致的，但從根源上來(lái)說(shuō)，是因?yàn)殡姵乇旧淼姆€(wěn)定性不高，熱失控的出現(xiàn)導(dǎo)致的。而熱失控的發(fā)生除了電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性原因，電極材料的熱穩(wěn)定性也是最重要的原因之一，所以提高電極材料的熱穩(wěn)定性也是提高電池安全性的重要環(huán)節(jié)，但是這里所說(shuō)的電極材料熱穩(wěn)定性不但包括其自身的熱穩(wěn)定性，也要包括其與電解質(zhì)材料相互作用的熱穩(wěn)定性。
通常負(fù)極材料熱穩(wěn)定性是有其材料結(jié)構(gòu)和充電負(fù)極的活性決定的。對(duì)于碳材料，球形碳材料，如中間相碳微球(MCMB)相對(duì)于鱗片狀石墨，具有較低的比表面積，較高的充放電平臺(tái)，所以其充電態(tài)活性較小，熱穩(wěn)定性相對(duì)較好，安全性高。而尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12,相對(duì)于層狀石墨的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，其充放電平臺(tái)也高得多，因此熱穩(wěn)定性更好，安全性更高。
因此，目前對(duì)安全性要求更高的動(dòng)力電池中通常使用MCMB或Li4Ti5O12代替普通石墨作為負(fù)極。通常負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性除了材料本身之外，對(duì)于同種材料，特別是石墨來(lái)說(shuō)，負(fù)極與電解液界面的固體電解質(zhì)界面膜(SEI)的熱穩(wěn)定性更受關(guān)注，而這也通常被認(rèn)為是熱失控發(fā)生的第一步。提高SEI膜的熱穩(wěn)定性途徑主要有兩種：一是負(fù)極材料的表面包覆，如在石墨表面包覆無(wú)定形炭或金屬層;另一種是在電解液中添加成膜添加劑，在電池活化過(guò)程中，它們?cè)陔姌O材料表面形成穩(wěn)定性較高的SEI膜，有利于獲得更好的熱穩(wěn)定性。
