提高電極材料熱穩(wěn)定性

 

 

鋰離子電池的安全問題是不安全電解質(zhì)直接導(dǎo)致的，但從根源上來說，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。對于碳材料，球形碳材料，如中間相碳微球(MCMB)相對于鱗片狀石墨，具有較低的比表面積，較高的充放電平臺，所以其充電態(tài)活性較小，熱穩(wěn)定性相對較好，安全性高。而尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5O12,相對于層狀石墨的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，其充放電平臺也高得多，因此熱穩(wěn)定性更好，安全性更高。因此，目前對安全性要求更高的動力電池中通常使用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，對于同種材料，特別是石墨來說，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，在電池活化過程中，它們在電極材料表面形成穩(wěn)定性較高的SEI膜，有利于獲得更好的熱穩(wěn)定性。

 

 

正極材料和電解液的熱反應(yīng)被認(rèn)為是熱失控發(fā)生的主要原因，提高正極材料的熱穩(wěn)定性尤為重要，在產(chǎn)業(yè)界正極材料的開發(fā)也更受關(guān)注，除了有其價格較高、利潤較大的原因外，它在電池安全性中的重要地位也是其備受關(guān)注的一個重要原因。與負(fù)極材料一樣，正極材料的本質(zhì)特征決定了其安全特征。LiFePO4由于具有聚陰離子結(jié)構(gòu)，其中的氧原子非常穩(wěn)定，受熱不易釋放，因此不會引起電解液的劇烈反應(yīng)或燃燒;而其他過渡金屬氧化物正極材料，受熱或過充時容易釋放出氧氣，安全性差。