解决锂离子电池热失控的策略有什么

.1外部管理

1）PTC（正温度系数）元件：在锂离子电池中安装PTC元件，其综合考虑了电池内部的压力和温度，当电池因过充而升温时，电池内阻迅速提高从而限制电流，使正负极之间的电压降为安全电压，实现对电池的自动保护功能。

2）防爆阀：当电池由于异常导致内压过大时，防爆阀变形，将置于电池内部用于连接的引线切断，停止充电。

3）电子线路：2~4节的电池组可以预埋电子线路设计锂离子保护器，防止过充及过放电，从而防止安全事故发生，延长电池寿命。

当然这些外部控制方法都有一定效果，但这些附加装置新增了电池的复杂性和生产成本，也不能彻底解决电池安全性问题。因此，有必要建立一种内在的安全保护机制。

2.2改进电解液体系

电解液作为锂离子电池的血液，电解液的性质直接决定了电池的性能，对电池的容量、工作温度范围、循环性能及安全性能都有重要的用途。

目前商用锂离子电池电解液体系，其应用最广泛的组成是LiPF6、碳酸乙烯酯和线性碳酸酯。前面两个是不可或缺的成分，它们的使用也出现了电池性能方面某些局限，同时电解液中使用了大量低沸点、低闪点的碳酸酯类溶剂，在较低的温度下即会闪燃，存在很大的安全隐患。

因此，许多研究者尝试改进电解液体系以提高电解液的安全性能。在电池的主体材料（包括电极材料、隔膜材料和电解质材料）在短时间内不发生颠覆性改变的情况下，提高电解液的稳定性是增强锂离子电池安全性的一条重要途径。

2.2.1功能添加剂

功能添加剂具有用量少、针对性强的特点。即在不新增或基本不新增电池成本、不改变生产工艺的情况下能显著改善电池的某些宏观性能。

因此，功能添加剂成为当今锂离子电池领域一个研究热点，是解决目前锂离子电池电解液易燃问题最有希望的途径之一。

添加剂的基本用途就是阻止电池温度过高和将电池电压限定在可控范围内。因此，添加剂的设计也是从温度和充电电位发挥用途的角度进行考虑的。

1）阻燃添加剂：阻燃添加剂又可以根据阻燃元素的不同分为有机磷系阻燃添加剂、含氮化合物阻燃添加剂、卤代碳酸酯类阻燃添加剂、硅系阻燃添加剂以及复合阻燃添加剂5个重要类别。

2）过充添加剂：在锂离子电池过度充电时，会发生一系列的反应。电解液组分在正极表面发生不可逆的氧化分解反应，出现气体并释放大量热量，从而导致电池内压新增和温度升高，给电池的安全性带来严重影响。从用途机理上，过充保护添加剂重要分为氧化还原穿梭电对型和电聚合型两种。从添加剂类型上又可分为锂的卤化物、金属茂化合物。

2.2.2离子液体

离子液体电解质完全是由阴阳离子组成。由于阴离子或者阳离子体积较大阴阳离子之间的相互用途力较弱，电子分布不均匀，阴阳离子在室温下能够自由移动，呈液体状态。大体上可以分为咪唑类、吡唑与吡啶类、季铵盐类等。

相比于锂离子电池普通有机溶剂，离子液体重要具有5个优势：①热稳定性高，200℃可以不分解；②蒸气压几乎为0，不必担心电池会出现气胀；③离子液体不易燃，无腐蚀性；④具有较高的电导率；⑤化学或电化学稳定性好。

目前唯一有待解决的问题就是离子在电解液体系中的传导能力。

2.2.3选择热稳定性好的锂盐

六氟磷酸锂是目前商品锂离子电池中广泛使用的电解质锂盐。虽然它单一的性质并不是最优的，但是其综合性能是最有优势的。但是LiPF6也有其缺点，例如，LiPF6是化学和热力学不稳定的，会发生如下反应：

该反应生成的PF5很容易进攻有机溶剂中氧原子上的孤对电子，导致溶剂的开环聚合和醚键裂解，这种反应在高温下分解尤其严重。

目前有关高温电解质盐的研究多集中在有机锂盐领域。代表性物质重要有硼基锂盐、亚胺基锂盐。

2.2.4聚合物电解质

许多商品锂离子电池使用易燃易挥发的碳酸酯溶剂，若出现漏液很可能引起火灾。大容量、高能量密度的动力型锂离子电池尤为如此。

而使用不可燃的聚合物电解质代替易燃的有机液态电解质，能够明显提高锂离子电池的安全性。聚合物电解质，尤其是凝胶型聚合物电解质的研究已经取得了很大的进展。

目前已经成功用于商品化锂离子电池中，按照聚合物主体分类，凝胶聚合物电解质重要有以下3类：PAN基聚合物电解质，PMMA聚合物电解质，PVDF基聚合物电解质。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，凝胶型聚合物电池仍然有许多工作要做。

2.3正极材料

可以确定正极材料在充电状态电压高于4V时不稳定，易于在高温下发生热分解放出氧气，氧气与有机溶剂继续反应出现大量的热及其他气体，降低电池的安全性。因此，正极与电解液反应被认为是热失控重要原因。

关于正极材料，提高其安全性的常见方法为包覆修饰。如用MgO、A12O3、SiO2、TiO2、ZnO、SnO2、ZrO2等物质对正极材料进行表面包覆，可以降低脱Li+后正极与电解液的反应，同时减少正极的释氧，抑制正极物质发生相变，提高其结构稳定性，降低晶格中阳离子的无序性，从而降低循环过程中的副反应产热。

2.4碳材料

目前对安全性要求更高的动力锂电池中通常使用具有较低的比表面积，较高的充放电平台，充电态活性较小，热稳定性相对较好安全性高的球形碳材料，如中间相碳微球（MCMB，或者尖晶石结构的Li9Ti5O12，其较层状石墨的结构稳定性更好。

目前提高碳材料性能的方法重要包括表面处理（表面氧化、表面卤化、碳包覆、包覆金属及金属氧化物、聚合物包覆）或者引入金属或者非金属进行掺杂。

2.5隔膜

目前在商业锂离子电池中应用最广泛的隔膜依然是聚烯烃材料，其重要缺点就是高温下热缩以及电解液浸润性差。为了克服这些缺陷，研究人员尝试了很多办法，如寻找热稳定性材料代替，或者添加少量Al2O3或SiO2纳米粉的隔膜，其不但具有普通隔膜的用途外，还具有提高正极材料的热稳定性的用途。