锂离子电池热失控问题如何解决

高能量密度的锂离子电池价格昂贵，重要是因为当电池不断充电时，电池材料会发生降解，其所释放的能量会让电池温度升高，使电池着火，出现安全问题。在电池不断充电和再充电过程中，氧气会从电池材料表面释放出来。在此过程中，锂离子从内部到外部的运输通道可能会被随氧气释放出现的金属镍粉尘堵塞。当运输通道被堵塞时，想要进出电池内外的锂离子将无法转移，从而导致电池容量快速下降。随着热量的新增，电池起火和爆炸的可能性也会新增。

德克萨斯大学达拉斯分校研究团队发现，在电池正极表面添加一层经过设计的氧化物涂层，既可以解决电池过热问题，也可以将电池容量提高20%至30%，改造后的电池可以耐受更长的充电时间。

基于上述热失控问题的新发现，该研究团队已开始研发用于电动汽车的新型电池正极材料，以解决锂离子运输通道的堵塞问题，同时与美国海军研究实验室合作，进一步研究提高电池正极材料的富锂容量和电池安全性问题。2.1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。

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。