电池材料对锂电池安全性的影响

1、电池材料对锂电池安全性的影响一般而言，电池材料的热稳定性是动力锂电池安全性的重要 因素。这主要与电池材料的热活性有关。当电池温度升高时，电池内 部会发生许多放热反应，如果产生的热量超过了热量的散失，就会发 生热溢溃。创骐锂电池材料之间主要放热反应有：SEI膜的分解；电 解液分解；正极分解；负极与电解液的反应；负极与粘合剂的反应； 此外，由于电池存在电阻，使用时也产生少量热量。正极材料锂电池正极材料一直是限制锂电池发展的关键。和负极材料 相比，正极材料能量密度和功率密度低，并且也是引发锂离子电池安 全隐患的主要原因。正负极材料的结构对锂离子的嵌入和脱嵌有决定 性影响，因而影响着电池的循环寿命。使

2、用容易脱嵌的活性材料，充 放电循环时，活性材料的结构变化小且可逆，有利于延长电池的寿命。 在锂离子电池滥用的条件下，随着电池内部温度的升高，正极发生活 性物质的分解和电解液的氧化，这两种反应将产生大量的热，从而导 致电池温度的进一步上升，同时不同的脱锂状态对活性物质晶格转 变、分解温度和电池的热稳定性影响相差很大。寻找热稳定性较好的 正极材料是锂离子动力电池的关键。层状LiCoO2、LiNiO2、尖品石 LiMn2O4和橄榄石LiFePO4是目前研究较多的正极材料。LiCoO2热 稳定性适中，电化学性能优异，但由于钻资源的限制，LiCoO2在锂 离子动力电池方面的应用受到限制；LiNiO2虽然

3、容量较高，但合成困 难、循环性能较差，也不适合作为锂离子动力电池的正极材料；LiMn2O4热稳定性好、资源丰富、价格低廉，适合作为锂离子动力电 池的正极材料；LiFePO4由于合成原料资源丰富，成本低，对环境无 污染，又有较高的比容量、有效利用率、适宜的电压及较好的循环性 能，是一种有应用前景的锂离子正极材料之一。负极材料早期使用的负极材料是金属锂，而以金属锂为负极组装的电 池在多次充放电过程中易产生锂枝品，锂枝品会刺破隔膜，导致电池 短路、漏液甚至发生爆炸。使用嵌锂化合物避免了锂枝品的产生，从 而大大提高了锂离子电池的安全性。目前在锂离子二次电池中较具使 用价值和应用前景的碳主要有三种：一是

4、高度石墨化得碳，二是软碳 和硬碳，三是碳纳米材料。金属和合金类负极在循环过程中，体积会发生很大的变化，循 环寿命短。为延长寿命，采用金属学上的近似法开发控制合金材料的 组成和微观组织（纳米级）及表面处理技术。近期研究表明：随着温度的升高，嵌锂状态下的碳负极将首先与电 解液发生放热反应。在相同的充放电条件下，电解液与嵌锂人造石墨 反应的放热速率远大于嵌锂的MCMB、碳纤维、焦炭等的反应放热速 率。硬碳类材料、软碳类材料、石墨类材料的碳层间距约分别为 0.38nm、0.340.35nm、0.335nm，当锂嵌入碳层后，层间距约为 0.371nm。石墨类材料的层间距最小，其在锂离子电池的嵌入和脱出过

5、程中形变最大，锂离子在此类碳层中的扩散速度也较慢，大电流充 放电时，极化大、电阻大，电池的安全性差，硬碳类材料则相反。然而也有人认为：石墨化程度增加可以降低锂离子扩散的活化性 能，有利于锂离子的扩散，而硬碳类材料由于存在大量的空洞，大电 流充放时，其表现接近于金属锂负极，安全性反而不好。在新材料的探索方面，锂化过渡金属氮化物及过渡金属磷族化合物 是很好的例子，对该类材料的进一步研究有可能为锂离子蓄电池负极 材料的发展注入新的活力。隔膜与电解液隔膜本身是电子的非良导体，但也允许电解质离子通过。此 外，隔膜材料还必须具备良好的化学、电化学稳定性和机械性能以及 在反复充放电过程中对电解液保持高度浸润

6、性，隔膜材料与电极之间 的界面相容性、隔膜对电解质的保持性均对锂离子电池的充放电性 能、循环性能等有较大影响。电解液在锂电池的正、负极之间起着输送Li+的作用，电解 液与电极的相容性直接影响电池的性能，电解液的研究开发对锂离子 二次电池的性能和发展非常重要。从电池的安全性方面考虑，要求有 机电解液具有良好热稳定性，在电池发热产生高温的条件下保持稳 定，整个电池不会发生热失控。有机电解液对锂离子动力电池安全性 的影响主要从溶剂、电解质锂盐和添加剂三方面进行研究。从根本上 解决锂离子电池安全性问题应为离子液体电解液。二、制造工艺及制造过程与电池的安全性锂电池的制造工艺分为液态和聚合物锂电池的制造工艺，无论是什么结构的锂离子电池，电极制造、电池装配等制造过程都会对 电池的安全性产生影响。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、化成等诸道工序的质量控制，无 一不影响电池的性能和安全性。浆料的均匀度决定了活性物质在电极上分布的均匀性，从而影响电 池的安全性。浆料细度太大，电池充放电时会出现负极材料膨胀与收 缩比较大的变化，可能出现金属锂的析出；浆料细度太小会导致电