一般來說，鋰離子電池出現(xiàn)安全問題表現(xiàn)為燃燒甚至爆炸，出現(xiàn)這些問題的根源在于電池內(nèi)部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會(huì)導(dǎo)致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會(huì)發(fā)熱，倘若出現(xiàn)的熱量超過了電池?zé)崃康暮纳⒛芰?，鋰離子電池就會(huì)過熱，電池材料就會(huì)發(fā)生SEI膜的分析、電解液分析、正極分析、負(fù)極與電解液的反響應(yīng)負(fù)極與粘合劑的反應(yīng)等破壞性的副反應(yīng)。

 

 

 

1、正極材料的安全隱患

 

 

 

當(dāng)鋰離子電池使用不當(dāng)時(shí)，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會(huì)發(fā)生活性物質(zhì)的分析和電解液的氧化。同時(shí)，這兩種反應(yīng)能夠出現(xiàn)大量的熱，從而造成電池溫度的進(jìn)一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對(duì)活性物質(zhì)晶格轉(zhuǎn)變、分析溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。

 

 

 

2、負(fù)極材料的安全隱患

 

 

 

早期使用的負(fù)極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易出現(xiàn)鋰枝晶，進(jìn)而刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效戒備鋰枝晶的出現(xiàn)，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負(fù)極首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應(yīng)的放熱速率遠(yuǎn)大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應(yīng)放熱速率。

 

 

 

3、隔膜與電解液的安全隱患

 

 

 

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機(jī)溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分析，并與微量的水以及有機(jī)溶劑之間進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機(jī)溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點(diǎn)、閃點(diǎn)較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應(yīng)，易被氧化。

 

 

 

4、制造工藝中的安全隱患

 

 

 

鋰離子電池在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會(huì)對(duì)電池的安全性出現(xiàn)影響。如正極和負(fù)極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性。漿料的平均度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的平均性，從而影響電池的安全性。漿料細(xì)度太大，電池充放電時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出;漿料細(xì)度太小會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻過大。涂布加熱溫度過低或烘干時(shí)間不足會(huì)使溶劑殘留，粘結(jié)劑部分溶解，造成部分活性物質(zhì)容易剝離;溫度過高可能造成粘結(jié)劑炭化，活性物質(zhì)脫落造成電池內(nèi)部短路。

 

 

 

5、電池使用過程中的安全隱患

 

 

 

鋰離子電池在使用過程中應(yīng)當(dāng)盡可能減少過充電或者過放電，特別有關(guān)單體容量高的電池，因熱擾動(dòng)可能會(huì)引發(fā)一系列放熱副反應(yīng)，導(dǎo)致安全性問題。

 

 

 

鋰離子電池安全性處理辦法

 

 

 

針對(duì)鋰離子電池在材料、制造和使用過程中的諸多安全隱患，要怎么樣對(duì)容易出現(xiàn)安全問題的部分進(jìn)行改進(jìn)，是鋰離子電池制造商要處理的問題。

 

 

 

1、提高電解液的安全性

 

 

 

電解液與正、負(fù)電極之間均存在很高的反應(yīng)活性，尤其在高溫下，為了提高電池的安全性，提高電解液的安全性是比較有效的辦法之一。通過加入功能添加劑、使用新型鋰鹽以及使用新型溶劑可以有效處理電解液的安全隱患。

 

 

 

依據(jù)添加劑功能的不同，緊要可以分為以下幾種：安全保護(hù)添加劑、成膜添加劑、保護(hù)正極添加劑、穩(wěn)定鋰鹽添加劑、促鋰沉淀添加劑、集流體防腐添加劑、加強(qiáng)浸潤(rùn)性添加劑等。

 

 

 

為了改善商用鋰鹽的性能，研究者們對(duì)其進(jìn)行了原子取代，得到了許多衍生物，其中采用全氟烷基取代原子得到的化合物具有閃點(diǎn)高、電導(dǎo)率近似、耐水性加強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，是一類很有使用前景的鋰鹽化合物。另外，以硼原子為中心原子、與氧配體螯合得到的陰離子鋰鹽，具有很高的熱穩(wěn)定性。

 

 

 

有關(guān)溶劑方面，很多研究者提出了一系列新型的有機(jī)溶劑，如羧酸酯、有機(jī)醚類有機(jī)溶劑。另外，離子液體也有一類安全性高的電解液，但是相對(duì)普遍使用的碳酸酯類電解液，離子液體的粘度高個(gè)數(shù)量級(jí)，電導(dǎo)率、離子自擴(kuò)散系數(shù)較低，離實(shí)用化還有很多工作要做。

 

 

 

2、提高電極材料的安全性

 

 

 

磷酸鐵鋰以及三元復(fù)合材料被認(rèn)為是成本低廉、“安全性優(yōu)良”的正極材料，有可能在電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)中普及使用。有關(guān)正極材料，提高其安全性的常見辦法為包覆修飾，如用金屬氧化物對(duì)正極材料進(jìn)行表面包覆，可以阻止正極材料與電解液之間的筆直接觸，抑制正極物質(zhì)發(fā)生相變，提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，降低晶格中陽離子的無序性，以降低副反應(yīng)產(chǎn)熱。

 

 

 

有關(guān)負(fù)極材料，由于其表面的往往是鋰離子電池中最容易發(fā)生熱化學(xué)分析并放熱的部分，因此提高SEI膜的熱穩(wěn)定性是提高負(fù)極材料安全性的關(guān)鍵辦法。通過微弱氧化、金屬和金屬氧化物沉積、聚合物或者碳包覆，可以提高負(fù)極材料熱穩(wěn)定性。

 

 

 

3、改善電池的安全保護(hù)設(shè)計(jì)

 

 

 

除了提高電池材料的安全性，商品鋰離子電池采用的許多安全保護(hù)措施，如設(shè)置電池安全閥、熱溶保險(xiǎn)絲、串聯(lián)具有正溫度系數(shù)的部件、采用熱關(guān)閉隔膜、加載專用保護(hù)電路、專用電池管理系統(tǒng)等，也是加強(qiáng)安全性的手段。