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锂离子电池安全性问题 1、使用安全型锂离子电池电解质 目前锂离子电池电解液使用碳酸酯作为溶剂，其中线型碳酸酯能够 提高电池的充放电容量和循环寿命，但是它们的闪点较低，在较低的 温度下即会闪燃，而氟代溶剂通常具有较高的闪点甚至无闪点，因此 使用氟代溶剂有利于抑制电解液的燃烧。目前研究的氟代溶剂包括氟 代酯和氟代酸。 阻燃电解液是一种功能电解液，这类电解液的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。阻燃电解液是目前解决锂 离子电池安全性最经济有效的措施，所以尤其受到产业界的重视。 使用固体电解质，代替有机液态电解质，能够有效提高锂离子电池 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取得很大的进展，目 前已经成功用于商品化锂离子电池中，但是凝胶型聚合物电解质其实 是干态聚合物电解质和液态电解质妥协的结果，它对电池安全性的改 善非常有限。干态聚合物电解质由于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，所以它在漏液、蒸气压和燃烧等方面具有 更好的安全性。目前的干态聚合物电解质尚不能满足聚合物锂离子电 池的应用要求，仍需要进一步的研究才有望在聚合物锂离子电池上得 到广泛应用。相对于聚合物电解质，无机固体电解质具有更好的安全 性，不挥发，不燃烧，更加不会存在漏液问题。此外，无机固体电解 质机械强度高，耐热温度明显高于液体电解质和有机聚合物，使电池 的工作温度范围扩大;将无机材料制成薄膜，更易于实现锂离子电池 小型化，并且这类电池具有超长的储存寿命，能大大拓宽现有锂离子 电池的应用领域。 常规的含阻燃添加剂的电解液具有阻燃效果，但是其溶剂仍是易挥 发成分，依然存在较高的蒸气压，对于密封的电池体系来说，仍有一 定的安全隐患。而以完全不挥发、不燃烧的室温离子液体为溶剂，将 有希望得到理想的高安全性电解液。离子液体是在室温及相邻温度下 完全由离子组成的有机液体物质，具有电导率高、液态范围宽、不挥 发和不燃等特点，将离子液体用于锂离子电池电解液中有望解决锂离 子电池的安全问题。 2、提高电极材料热稳定性 锂离子电池的安全问题是不安全电解质直接导致的，但从根源上来 说，是因为电池本身的稳定性不高，热失控的出现导致的。而热失控 的发生除了电解质的热稳定性原因，电极材料的热稳定性也是最重要 的原因之一，所以提高电极材料的热稳定性也是提高电池安全性的重 要环节，但是这里所说的电极材料热稳定性不但包括其自身的热稳定 性，也要包括其与电解质材料相互作用的热稳定性。 通常负极材料热稳定性是有其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，具有较低的比表面积，较高的充放电平台，所以其充电态活性较 小，热稳定性相对较好，安全性高。而尖晶石结构的Li4Ti5O12,相对 于层状石墨的结构稳定性更好，其充放电平台也高得多，因此热稳定 性更好，安全性更高。因此，目前对安全性要求更高的动力电池中通 常使用MCMB或Li4Ti5O12代替普通石墨作为负极。通常负极材料的 热稳定性除了材料本身之外，对于同种材料，特别是石墨来说，负极 与电解液界面的固体电解质界面膜(SEI)的热稳定性更受关注，而这也 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：一是负极材料的表面包覆，如在石墨表面包覆无定形炭或金 属层;另一种是在电解液中添加成膜添加剂，在电池活化过程中，它 们在电极材料表面形成稳定性较高的S日膜，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，在产业界正极材料的开发也更受关注, 除了有其价格较高、利润较大的原因外，它在电池安全性中的重要地 位也是其备受关注的一个重要原因。与负极材料一样，正极材料的本 质特征决定了其安全特征。LiFeP04由于具有聚阴离子结构，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;而其他过渡金属氧化物正极材料，受热或过充时容易释放出氧 气，安全性差。而在过渡金属氧化物当中，LiMn2O4在充电态下以 -MnO2形式存在，由于它的热稳定性较好，所以这种正极材料也相对 安全性较好。止匕外，也可以通过体相掺杂、表面处理等手段提高正极 材料的热稳定性。