锂电池使用安全性的7个影响因素

在热冲击、过充、过放和短路等滥用情况下，锂电池内部的活性物质及电解液等组分间会发生化学、电化学反应，产生大量热量与气体，使内部压力升高，积累到一定程度可能导致着火，甚至爆炸。其主要原因如下：

1）材料热稳定性。锂电池在一定滥用情况下，如高温、过充、针刺穿透及挤压等，会导致电极和有机电解液之间的强烈作用，如有机电解液的剧烈氧化、还原，或正极分解产生的氧气进一步与有机电解液反应等，这些反应产生的大量热量若不能及时散失到周围环境中，则必将导致锂电池内热失控，最终导致锂电池燃烧、爆炸等事故。因此正负电极、有机电解液相互作用的热稳定性，是制约锂电池安全性的首要因素。

2）制造工艺。锂电池的制造工艺分为液态和聚合物锂电池的制造工艺。如正极和负极混料、涂布、辊压、裁片或冲切、组装、加注电解液的量、封口、化成等工序的质量控制，无一不影响着锂电池的性能和安全性。浆料的均匀度决定了活性材料在电极上分布的均匀性，从而影响锂电池的安全性。浆料细度太大，锂电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩比较大问题，可能析出金属锂。浆料细度太小，会导致锂电池内阻过大。涂布加热温度过低或烘干时间不足会使溶剂残留，粘结剂部分溶解，使部分活性物质容易剥离。温度过高可能造成粘结剂炭化，活性物质脱落形成锂电池内短路。

提高锂电池使用安全性的措施如下：

1）使用安全型锂电池电解质。阻燃电解液是一种功能电解液，其阻燃功能通常是通过在常规电解液中加入阻燃添加剂获得的。使用阻燃电解液是目前解决锂电池安全性问题最经济有效的措施。

使用固体电解质代替有机液态电解质，能有效提高锂电池的安全性。固体电解质包括聚合物固体电解质和无机固体电解质。聚合物电解质，尤其是凝胶型聚合物电解质的研究近年来取得很大进展，目前已成功用于商品化锂电池。干态聚合物电解质不像凝胶型聚合物电解质那样包含液态易燃的有机增塑剂，因此它在防漏液、耐蒸汽压和阻燃等方面具有更好的性能。无机固体电解质具有更好的安全性，不挥发、不燃烧，不存在漏液问题，同时机械强度高，耐热温度明显高于液体电解质和有机聚合物，使锂电池的工作温度范围得以扩大。将无机材料制成薄膜，更易实现锂电池的小型化，且这类锂电池具有超长的储存寿命，能大大拓展现有锂电池的应用领域。(www.xing528.com)

2）提高电极材料热稳定性。负极材料热稳定性是由材料结构和充电负极的活性决定的。对于碳材料，球形碳材料[如中间相碳微球（MCMB）]相对于鳞片状石墨有较低的比表面积和较高的充放电平台电压，因此充电态活性较低，热稳定性相对较好，安全性高。具有尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂，相对于层状石墨结构稳定性更好，充放电平台也高得多，因此热稳定性更好，安全性更高。目前，对安全性要求较高的动力电池中通常使用MCMB或Li₄Ti₅O₁₂代替普通石墨作为负极。对于负极材料，特别是石墨，其与电解液界面的固体电解质界面膜（SEI）的热稳定性更加重要，因为这通常被认为是热失控发生的第一步。提高SEI膜的热稳定性途径主要有两种：

负极材料的表面包覆，如在石墨表面包覆无定形碳或金属层。

在电解液中添加成膜添加剂。在锂电池活化过程中，成膜添加剂在电极材料表面形成稳定性较高的SEI膜，有利于获得更好的热稳定性。

正极材料和电解液的热反应被认为是热失控发生的主要原因，提高正极材料的热稳定性尤为重要。与负极材料一样，正极材料的本质特征决定了其安全特征。LiFePO₄具有聚阴离子结构，其中的氧原子非常稳定，受热不易释放，因此不会引起电解液的剧烈反应或燃烧。在过渡金属氧化物中，LiMn₂O₄在充电态下热稳定性较好，因此这种正极材料的相对安全性也较好。此外，也可通过体相掺杂、表面处理等手段提高正极材料的热稳定性。