提高鋰離子電池安全性的方法

 

基于以上對(duì)鋰離子電池安全性的分析，可以從以下三個(gè)方面來(lái)提高鋰離子電池的安全性:一是提高電極材料的熱穩(wěn)定性，積極提高電池的性能;二是改進(jìn)鋰離子電池的電解液，使用安全的電解液;第三，通過(guò)外部手段，優(yōu)化鋰離子電池的設(shè)計(jì)和管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控鋰離子電池的充放電過(guò)程，及時(shí)處理異常問(wèn)題，確保鋰離子電池的安全。

 

1. 提高電極材料的熱穩(wěn)定性

 

一般來(lái)說(shuō)，電池材料的熱穩(wěn)定性是鋰離子動(dòng)力電池安全性的根本原因。因此，為了從根本上提高鋰離子電池的安全性，有必要從電池材料本身的熱穩(wěn)定性出發(fā)。

 

(1)正電極材料

 

研究表明，陽(yáng)極材料與電解液之間的反應(yīng)是造成電池高溫安全問(wèn)題的主要原因之一。因此，尋找具有良好熱穩(wěn)定性的正極材料是提高鋰離子電池安全性的有效途徑。

 

目前，鋰過(guò)渡金屬氧化物是鋰離子電池的主要負(fù)極材料。目前，層狀鋰鈷氧化物(Li C o O2)、鎳酸鋰(LiNi O2)、錳酸鋰(LiMn2O4)和聚陰離子磷酸鐵鋰(LiF e P O4)是研究最廣泛的負(fù)極材料。其中，LiCoO2熱穩(wěn)定性適中，電化學(xué)性能優(yōu)異，但鈷的貯存量小、價(jià)格高、毒性大等特點(diǎn)限制了其應(yīng)用。雖然LiNiO2的容量高，但制備要求高，尤其是熱穩(wěn)定性差，不適合作為正極材料;尖晶石LiMn2O4具有原料成本低、合成工藝簡(jiǎn)單、熱穩(wěn)定性高、抗過(guò)充性好、放電電壓平臺(tái)高的優(yōu)點(diǎn)

 

材料;LiFePO4便宜、穩(wěn)定、環(huán)保、耐熱。麥克尼爾[5]不同陰極材料的充電狀態(tài)下研究了熱穩(wěn)定性,結(jié)果表明,磷酸鐵鋰的熱穩(wěn)定性是最好的,其他材料,熱穩(wěn)定性的LiNi3 o1/8 c / 4 mn3/8 O2 > Li1 - xMn2 - xO4 > LiCoO2 > LiNi0.7 Co0.2 Ti0.05 Mg0.05 O2 > LiNi0.8 Co0.2 O2 > LiNiO2。Yang等人也得出了相同的結(jié)論，即LiFePO4的熱穩(wěn)定性高于LiCoO2、LiNiO2和LiM n2O4，在充電狀態(tài)下，當(dāng)電解質(zhì)低于340℃時(shí)，LiFePO4不表現(xiàn)出明顯的吸熱或放熱現(xiàn)象。

 

雖然找到具有良好熱穩(wěn)定性的正極材料是很重要的，但是對(duì)正極材料進(jìn)行改性以提高其熱穩(wěn)定性是不容忽視的。相關(guān)的研究方法有優(yōu)化合成條件、改進(jìn)合成方法、改進(jìn)電極材料等。電極材料的改性是提高鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性的有效措施。常用的改性方法有表面涂層改性和摻雜改性。該表面涂層可以減少活性材料與電解液之間的反應(yīng)，減少正極材料在過(guò)充過(guò)程中釋放的氧氣，穩(wěn)定基底材料[7]的相變，從而提高鋰離子電池的熱穩(wěn)定性。目前,對(duì)包層材料種類較多,如:氧化涂層三氧化二鋁(氧化鋁),二氧化鈦(二氧化鈦)、磷酸(MPO4)涂層(M =鋁(Al)、鐵(Fe),鈷(C o)、氫氧化鋁(Al (OH) 3)涂料、碳涂以有機(jī)涂層,雖然不是理論上確定什么類型的覆蓋材料最適合表面改性,但在一定程度上,提高正極材料的熱穩(wěn)定性。Ch o等人[8]發(fā)現(xiàn)，在LixCoO2表面包覆納米磷酸鋁(AlPO4)粒子可以有效抑制陽(yáng)極材料與電解液之間的放熱反應(yīng)。