高比能高比功率锂离子电池的研究

高比能高比功率锂离子电池的研究

1锂离子电池过充安全性的问题及解决措施高比能的优点已经成为多种便携式电子产品的首选，并已扩展到电动汽车、照明等新能源领域。作为动力与储能电池,如果电池的比能量、比功率、循环稳定性、环境适应性、可靠性等技术指标,以及单位瓦时价格等经济指标是影响其商业化应用程度的关键,那么,大容量锂离子电池的安全性则是其能否在动力与储能领域应用的决定性因素。由于在各种复杂的应用条件下,锂离子电池体系存在发生爆炸和燃烧的危险,这在很大程度上制约了动力与储能用锂离子电池的发展。从目前的研究报道来看,过充电、内外部短路、挤压、振动、碰撞和过热等因素均可能诱发锂离子电池发生不安全行为。一方面,锂离子电池采用有机溶液电解质,当电池处于过充状态时有机溶剂容易在正极表面产生不可逆的氧化分解,在放出大量热量的同时伴随着大量可燃性气体的产生,导致电池内部温度及压力急剧上升,从而给电池带来爆炸、燃烧的危险。另一方面,锂离子电池内部自身存在一系列潜在的放热反应,当电池在使用过程中因各种原因内外部短路而引起内部温升较大时,容易被引发。如当电池内部温度上升至120℃以上时,碳阳极表面钝化膜(即SEI膜)将发生分解,裸露在电解液中的高活性嵌锂碳电极随之与有机溶剂发生剧烈放热反应,导致温度进一步上升,并逐步引发电解质盐和阴极材料的分解,以及嵌锂碳电极与黏结剂之间的剧烈放热反应等,从而导致电池热失控,发生爆炸。由于目前广泛使用的电解液溶剂体系均为低闪点的有机碳酸酯类,在电池发生爆炸,往往伴随着剧烈的燃烧,加重了安全性事故的危害程度。针对锂离子电池的安全性问题,目前在电池产品设计和应用控制方面采取了一些措施。如为了防止锂离子电池过充,保证电池的使用安全性,在实际应用中,单只电池及电池组均加载保护电路,并使用专用充电管理系统。这种方法直接、有效,但并非万无一失。特别是对由几十个电池通过串、并联组成的动力与储能电池组来说,要实现对每只电池的逐点管理难度非常之大。任何一只电池的管理失控都有可能带来严重的安全问题。事实上,由电路控制失效引起的不安全事故时有发生。为了提高锂离子电池的过充安全性,在电池设计及制造上采取的措施包括电池壳体上设置安全阀和在外部串联具有正温度系数的电阻(PTC)。然而这些措施并不能充分保证锂离子电池的安全性。例如,安全阀是为了防止电池爆炸而设计的,但是电池热失控时产生的可燃性气体常常是以超音速释放,即使安全阀开启也会引起气体的燃烧;而采用PTC电阻控制时,其作用效果取决于电池本体热传导的速率。当过充电流较大时,电池内部产生的热量往往来不及传导至外接电阻上,由此而造成控制电路失灵。文献报道,1.5Ah的电池用1C的速率过充电时,电池内部的温度可达到199℃,而其外部的温度只有106.4℃,致使PTC电阻不能同步作用。此外,采用具有热封闭性质的隔膜材料也是目前电池产品提高使用安全性的普遍方法。隔膜上的微孔在正常情况下是离子的传输通道,当电池在异常状态下内部温度上升至隔膜材料的熔化温度时,隔膜微孔自动封闭,阻止离子的导通,切断充电电流,从而防止电池热失控。但这种方法存在的问题是热失控发生时往往温升较快,隔膜根本来不及响应,或者响应后隔膜尺寸收缩,导致正负极直接接触短路。由此可见,目前在电池产品设计和应用控制方面所采取的措施虽然可以在一定程度上改善锂离子电池的使用安全性,但并没有从根本上解决锂离子电池的安全性问题。因此,发展新颖的电池反应安全性控制技术,消除各种敏感性副反应发生的引发机制,彻底解决锂离子电池的安全性问题,是大容量锂离子电池进入规模化、商业化应用的前提。原则上,至少需要从防止电池电压失控、热失控两方面着手。近年来,国内外研究者围绕上述两个方面开展了大量卓有成效的研究工作,本文将简要介绍有关这一研究方向的主要进展。2电氧化聚合剂、还原电对击穿剂和电压敏感隔膜的表征目前报道的电池自激发过充安全保护技术主要包括三种方式:电氧化聚合添加剂、氧化还原电对穿梭剂和电压敏感隔膜。从作用原理和作用效果来看,第一种属于不可逆的过充安全保护方式,后两种属于可逆的防止电池过充的保护方式。2.1锂离子电池过充保护剂该方式的作用原理为:在电解液中添加某种可氧化聚合的单体,当电池过充到达一定电压时,这类单体分子在电池阴极表面发生电氧化聚合,形成致密绝缘的聚合物表面层,封闭阴极活性表面、内孔、以及隔膜微孔,阻塞电极反应及内部离子传输,造成电池内部断路,从而防止电解液的分解及电池不安全行为的发生(简称电氧化聚合断路)。或者聚合产物为导电聚合物,造成电池内部短路,释放电能。由于导电聚合物有一定的电阻,所形成的短路方式比较温和,可以连续均匀地释放掉电池的能量,从而使电池电压保持在安全状态(简称电氧化聚合短路)。同时,聚合过程中一般伴随着微量氢气的产生,提高了电池安全阀开启的灵敏性。利用电聚合添加剂实现过充电保护的关键是寻找合适的单体分子。作为电聚合保护剂,最重要的是必须具备合适的氧化聚合电位。由于过充时电解液的氧化分解是锂离子电池发生不安全行为的诱因,因此发生有效电聚合保护的反应电势,应在锂离子电池正常充电的上限截止电压与有机电解液分解电压5.0V之间,且所发生的聚合反应具有快速反应特征。此外,为了不影响电池正常的充放电性能,作为安全性添加剂的单体分子还需具备以下特征:在有机电解液中单体分子的化学稳定性好;在电池正常充放电过程中,单体分子不与正负极活性材料发生化学反应,不影响正常的电池反应。有关电聚合过充保护添加剂的最早报道来自Moli公司于1998年公布的专利。他们提出在锂离子电池电解液中加入少量联苯后,电池过充安全性得到了明显改善。联苯在电池过充到4.7V后,发生电聚合反应,增大电池内阻。同时,反应生成的氢气使压力阀提前开启,使电池正极与极柱脱离电接触,防止进一步过充。随后,Xiao等对联苯的过充保护机制和应用效果进行了详细的研究。实验发现:在4.5—4.75V(相对于金属锂电极)的过充电压下,联苯在正极表面发生电聚合反应。随过充时间的延长,反应生成的聚合产物封闭正极表面,并向隔膜和负极方向延伸,最终穿透隔膜到达负极表面,形成了温和的内部短路,阻止了电池电压失控。此外,对比研究结果表明,电解液中加入2%联苯的电池与空白电池相比,1C循环100周后容量保持率从94%下降到92.5%,内阻增加小于10%,自放电率基本一致。从目前研究报道来看,具有电聚合保护作用的添加剂大多属于芳香族类化合物,如四氢萘、三甲基苯硅烷、二甲苯、环己基苯、二苯丙烷、苯基叔丁基碳酸酯和三氯噻吩等。虽然大多数电聚合保护添加剂对电池循环性能均存在一定的负面影响,但Korepp等发现,4-溴苄基异氰酸酯不仅可以有效改善电池的过充性能,而且可以作为一种负极的有效成膜剂,在一定程度上可提高电池的循环性能。为探讨过充保护添加剂与其他安全性添加剂的协同作用效果,He等研究了具有阻燃功能的三(β-氯甲基)磷酸酯(TCEP)和具有过充保护功能的环己基苯(CHB)同时作为电解液添加剂时,钴酸锂锂离子电池的安全性能。该研究表明,当两种添加剂含量均高于5%时,电池可以通过150℃热冲击和1C/10V过充,且对电池常规循环性能影响不大。此外,针对单一性安全保护技术存在的问题,Feng等合成了一种同时具有阻燃和电压钳制的双功能电解液添加剂——磷酸三(4-甲氧基苯)酯(TMPP)。这种添加剂在具有阻燃功能的同时,还可以在4.35V氧化电聚合生成导电聚合物,从而防止电池电压失控。尽管这一类添加剂分子在实际电池中表现出了良好的过充安全保护效果,但由于其保护方式属“自杀式”的不可逆保护,一旦启动安全保护,电池便作废。因此,这类保护方法往往是“不得以而为之”。如果在电池内部能够建立一种自身电压控制机制,即不破坏电池正常使用性能又能在过充发生时实行电压钳制,对大容量动力电池来说更具应用意义。氧化还原穿梭剂和电压敏感隔膜就是基于这种考虑而发展的过充保护技术。2.2可逆性重的有机金属基复合材料氧化还原电对的作用原理为:在电解液中加入一具有高度氧化还原可逆性的电对。当电池处于正常充放电电压范围内时,电对添加剂分子不参与任何电极反应,并处于本征的还原态。一旦电池处于过充电状态,且充电电压达到电对的氧化电势时,还原态的电对在正极表面得到电子被电化学氧化成氧化态,氧化态的电对随即扩散到负极被重新还原成本征态。通过这种反复的氧化还原旁路掉外部充电电流,使电池电压被钳制在一定范围内,阻止电池电压失控。适宜的氧化还原电对应具有如下特征:(1)氧化电位要稍高于电池正常充电截止电压,而低于电解液的分解电压,以确保电池正常充电效率和足够低的电池自放电速率;(2)具有较大的交换电流密度,即被氧化或还原时电势极化小,有利于准确控制钳制电势;(3)在电解液中要有合适的溶解度和较大的扩散系数,以便能提供足够大的钳制电流;(4)氧化态和还原态均稳定,不和电池的其他组分发生作用,对电池的容量和循环寿命影响小。最早研究的氧化还原电对为卤化锂,如LiBr和LiI[26—28]。此类电对的氧化还原电位太低,并且容易与溶剂反应,在锂离子电池的应用研究中并未受到重视。之后,二茂铁及其衍生物因其高度可逆的氧化还原特征而受到关注。但这类化合物钳制电势大多处在3.3—3.5V(相对于金属锂电极)范围,对目前应用的4V锂离子电池体系来说,钳制电势显然不够,而且二茂铁容易在阴极发生吸附,对Li+脱嵌产生明显的阻碍作用。Richardson等曾报道了一系列芳香类氧化还原电对,如1,2,4-三唑钠、2,3,5,6-四甲基吡嗪、2,4,6-三甲氧基-1,3,5-三嗪等,但这些电对的氧化电位也都在3—3.5V范围内。20世纪90年代中期,一些具有较高电势的过渡金属配位化合物,如[Fe(bpy)3](ClO4)2,[Ru(bpy)3](ClO4)2等曾作为氧化还原电对予以研究,其中后者的钳制电位恰好为4.2V,原则上可成为锂离子电池过充保护剂。但是由于这类分子式量较大,扩散系数小,且在有机电解液中的溶解度较小(20—50mmol·L-1)。因而不能提供足够大的钳制电流,在实际电池中起不到明显的过充保护作用。部分有机物在电氧化条件下失去电子后容易成为阳离子自由基。由于具有芳环等大共轭体系的有机物正电荷能被有效地分散,阳离子自由基比较稳定。因此,一些具有多个芳环的大共轭体系化合物,如噻蒽、4,4′-二甲氧基联苯等,在非亲核性的有机溶液中具有良好的电化学氧化还原可逆性,而且这些芳香类化合物氧化还原电位大多在3—4V范围内。受此启发,人们开始重视芳香族类化合物氧化还原电对开发。2.2.1种新型电对分子比较早报道的主要是一些含多个苯环的芳香化合物,如:N,N′-二(2-羟基丙基)二氢吩嗪(钳制电势约3.8VvsLi/Li+)。随后,Asachi等全面研究了单卤代二甲氧基苯用于4V锂离子电池的可能性。发现当两个甲氧基处于邻位、对位时,甲氧基上的氧原子能够提供孤对电子参与苯环的共轭,使其氧化态的正电荷分散到氧原子上而使氧化态粒子稳定。进一步的研究证实,卤素的拉电子效应能够提高电对的氧化还原电位,如4-溴-1,2-二甲氧基苯可用于LixCoO2电池的过充保护,添加保护剂后的电极容量保持率在99%以上。但在随后的研究中,Chen等指出4-溴-1,2-二甲氧基苯的长期稳定性存在问题。以100%的过充率充放电只能循环6周电对即失去作用。他们分析认为,电对失效的主要原因是芳环电氧化后容易发生聚合。为此,他们使用大位阻基团阻止氧化态粒子发生聚合,得到了在过充100%条件下,可稳定循环200周以上的电对添加剂2,5-二叔丁基-1,4-二甲氧基苯(DDB)。由于这种添加剂起始氧化电位约3.8V(vsLi/Li+),钳制电压平台只有3.9V,因而只能用于LiFePO4电池,而不能用于常规LixCoO2基电池的过充保护。这种添加剂存在的主要应用问题是在电解液中的溶解度较小(仅~0.08mol·L-1),因而仅能提供有限的钳制电流。为克服这一问题,一些具有不对称结构和高极性的二甲氧基苯类电对分子被相继报道,如3,5-二叔丁基-1,2-二甲氧基苯、4-叔丁基-1,2-二甲氧基苯等,尽管它们在常规电解液中具有较好的溶解性(可以达到1.0mol·L-1以上),但由于电化学稳定性差,在实际电池中仅能提供有限几周的电压钳制。事实上,除溶解性问题外,DDB作为目前最具应用前景的电对分子,其稳定性仍存在一定问题。Amine等对2,5-二叔丁基-1,4-二甲氧基苯(DDB)的稳定性进行了进一步研究,发现在大电流充电速率下使电池电压上升到4.2V以上时,DDB的过充保护功能逐渐丧失。主要原因是高电压下DDB的C—O键断裂。另一类比较稳定的芳环类氧化还原电对分子是Dahn等报道的N-甲基噻吩嗪(MPT)。其氧化还原电势相对于金属锂电极约3.5V,当电解液中加入0.1M的MPT时,在每周过充160%的情况下,MPT可为LiFePO4/Li4Ti5O12电池提供超过200周的有效过充保护。但由于MPT在低电势下不稳定,只适用于采用高电位负极材料的锂离子电池中,而且钳制电势偏低,限制了其实际应用。尽管2,5-二叔丁基-1,4-二甲氧基苯(DDB)和N-甲基噻吩嗪(MPT)两种电对分子体现了一定的实际应用性能,但它们的钳制电势均在4.0V以下。为发展适用于4.2V级钴酸锂、锰酸锂和三元材料正极的氧化还原电对,一些具有高氧化还原电势的芳香族化合物得到关注。如2,5-二氟-1,4-二甲氧基苯、卤代三苯胺、2-(五氟苯基)-四氟-1,3,2-邻苯二酚硼酸酯(PFPTFBB)、1,3-二叔丁基苯并二ue40a烷和1,4-二叔丁基苯并二ue40a烷等。其中,Amine等报道的含硼芳香族化合物PFPTFBB具有4.43V的钳制电位,可以用于目前大多数高电位锂离子电池的过充保护,具有良好的应用前景。研究发现,该化合物可以实施可逆保护170多周,并可提高电池的高温循环性。可能的原因是,硼化物是一种阴离子受体,通过与负极SEI膜中LiPF6热分解产生的LiF反应使其溶解,维持负极SEI膜的电子和离子导电性。其它的几种高电位电对,如2,5-二氟-1,4-二甲氧基苯虽然具有4V以上的钳制电位,但由于在阴极表面容易形成强吸附层,导致正极容量大幅度衰减。而且即使在1/200C的微小电流下,也仅能提供不超过50周的有效钳制;1,3-二叔丁基苯并二ue40a烷和1,4-二叔丁基苯并二ue40a烷相比,后者的氧化还原稳定性较前者稍好,但电对的长期循环稳定性不够理想。在以0.1C电流过充100%的条件下,1,4-二叔丁基苯并二ue40a烷仅能为Li4Ti5O12/LiFePO4电池和MCMB/LiFePO4电池分别提供42周和24周的有效钳制。2.2.2在过充保护作用受到芳环自由基的启发,考虑到氮氧自由基良好的稳定性,Dahn等提出了一种新的电对分子2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO),其氧化还原电势相对于金属锂电极为3.52V。研究表明,以LiBOB为电解质盐时,溶有0.3MTEMPO的电解液在1/5C的充电速率下可为Li4Ti5O12/LiFePO4电池提供120周的过充保护。进一步的研究表明,TEMPO在低电势下的稳定性不佳,由于其在负极表面的分解产物影响到锂离子的嵌入与脱出,严重影响电极的循环稳定性;并且只有在LiBOB电解液中才体现出过充保护作用,他们认为这是由于LiBOB在负极表面优先形成的钝化膜,阻止了TEMPO的还原分解。另一类引起广泛关注的非芳香类氧化还原电对是Li2B12F12-xHx(x=1,2,…,12),它是一种硼酸盐簇锂盐。其氧化还原电势随氟化程度的不同,可在4.2—4.7V间改变。由于这种化合物本身是一种锂盐,在电解液中具有非常高的溶解度,而且在400℃之内热稳定性非常好。作为氧化还原电对,在1/3C和过充100%的情况下,它可以为Li1.1[Mn1/3Ni1/3Co1/3]0.9O2/C电池提供90周以上的可逆过充保护,展示出良好的应用前景。2.2.3电化学还原击穿剂目前有关氧化还原电对分子的研究几乎都是基于正极电位钳制,为扩大氧化还原电对的选材范围,Wang等提出了一种新的策略,即用所称的n型氧化还原穿梭电对实现电压钳制。其原理为加入的电对本征态为氧化态,当负极充电后电压下降至电对的还原电势时,电对在负极还原,然后扩散至正极氧化,以此循环反应钳制电池电压。他们采用二苯甲酮为添加剂分子,成功实现了对TiO2/LiCoO2和TiO2/LiFePO4电池的过充电压控制。虽然该类电对分子目前仅能应用于高电势负极电池中,但不得不说该思路的提出为发展高性能穿梭剂分子提供了新的选择途径。以上研究进展表明,通过长期的不懈探索,目前人们已初步开发出了一些具有一定应用前景的氧化还原穿梭剂分子,但与实际应用要求相比,电对分子在长期循环稳定性、电流钳制能力等方面仍存在较大差距。鉴于电对分子结构的多样性,如何摆脱目前的“摸索”式研究,在理性高度进行分子的结构设计是电化学工作者面临的主要问题,需要结构化学、有机化学以及计算化学等相关学科研究者的参与。2.3聚对苯/聚苯胺双侧基网络压缩器电压敏感隔膜也是一种内置的可逆过充保护新方法。其基本思路为:采用具有电活性的聚合物为隔膜骨架材料,在正常充放电范围内隔膜呈绝缘态,依靠隔膜的微孔实现离子的液相传导。当电池发生过充时,电池充电电压升高,电池正极的电位迅速攀升,到达聚合物材料的氧化电位,聚合物便发生氧化掺杂(P掺杂),转变为电子导体,形成内部短路,过充电流直接从隔膜通过,从而抑制电极材料的进一步反应和电解液的氧化分解,对电池形成保护。一旦停止对电池过充,电池电压由于内部短路而降低,当低于活性聚合物材料的电氧化脱杂电势时,电压敏感隔膜又转变为绝缘态,恢复其正常的隔膜功能。因而利用一些导电聚合物在不同电势下绝缘态-导电态的可逆转变,就可以设计出具有电压开关性质的隔膜,实现电池自身的可逆过充保护。美国伯克利劳伦兹实验室首先报道了一种基于聚烷基噻吩(P3BT)的电压敏感隔膜,并考察了其在Li-TiS2二次电池中的应用。结果证实,这种隔膜的钳制电压在3.5V左右,能够对Li-TiS2二次电池提供有效的过充保护,并对电池的正常充放电容量没有任何影响。但由于聚烷基噻吩隔膜的钳制电位过低,不能应用于目前的锂离子电池中。针对磷酸亚铁锂锂离子电池的过充保护,Feng等提出了一种采用聚三苯胺为电势敏感材料的原理型电压敏感隔膜。应用结果表明,采用这种敏感膜的磷酸亚铁锂模拟电池的充电电压在过充状态下被稳定钳制在3.65V左右,表现出良好的电压钳制效果。考虑到聚三苯胺难溶、难加工,Li等以商品化锂离子电池隔膜为基体,采用浸渍方法将可溶性的三苯胺单体事先渗入到隔膜的部分微孔结构中,然后氧化聚合,发展出了一种可实用化的3.6V级电压敏感隔膜。应用结果表明,该隔膜可为实际磷酸亚铁锂电池提供可逆的过充保护,过充电压平台~3.7V,电流钳制能力可达2C,而其他性能与常规隔膜基本一致,展示出优异的应用性能。为简化敏感隔膜的制备过程,Li等采用在氯仿溶剂中可溶的聚(3-癸基)噻吩为电压敏感材料,通过对商品化隔膜进行修饰,发展了一种具有3.8V钳制电位的敏感隔膜。除此之外,他们还尝试了直接在电解液中加入可溶性单体分子二苯胺,在电池过充电过程中通过电聚合现场形成敏感隔膜的可能性。与3.6V级电压敏感隔膜相比,开发适用于钴酸锂、锰酸锂等正极体系的4.2V级电压敏感遇到了更多困难。由于常规商品锂离子电池充电截止电压约4.2V,因此需要开发电氧化掺杂电位在4.2V以上的聚合物隔膜。但是单一的电压敏感材料很难胜任4V类电池的需要。因为p-掺杂电位较高的聚合物常常也能在低电位下发生n-掺杂,而锂离子电池碳负极的嵌锂电势又非常低,这样在电池正常充电完成之前,与负极直接接触的隔膜就会因n-掺杂而使电池短路,造成电池无法正常充电。Xiao等使用聚对苯/聚苯胺组成的复合隔膜有效地解决了这一问题。聚对苯的P掺杂电位虽高(约在4.3V左右才开始氧化),但同时在0.3V的低电势区存在n-掺杂;而聚苯胺的氧化掺杂电位虽低(约在3.3V),但低电位区稳定,即使在电位低至0V(vsLi/Li+)时也不发生n-掺杂。他们采用聚对苯和聚苯胺构成双层隔膜,聚对苯一面与正极接触,聚苯胺一面与负极接触。这样就同时利用了聚对苯在正电势的稳定性和聚苯胺在负电势的稳定性。在电池正常充放电时,两种聚合物材料均处于未掺杂状态,因此不具有导电性,电池仅依靠隔膜中的液相孔道实现离子导通。然而当电池发生过充时,靠正极一侧具有高氧化电势的聚对苯首先进行p-掺杂转变成导电态。由于聚苯胺的氧化电位较低,因此当聚对苯氧化后聚苯胺必然也要发生氧化,继而也转变为导电态,使电池内部短路。如果电池停止过充电后,由于隔膜的自放电,正极的电位开始下降,当正极电势低于聚对苯的氧化电位时,正极一侧p-掺杂聚合物首先脱杂转变为绝缘态,与其相邻的低掺杂电势聚苯胺随之脱杂回到绝缘态。应用研究表明,由聚对苯/聚苯胺组成的复合隔膜可为过充锰酸锂正极提供4.31V的钳制电压平台。这种复合膜的方法综合了负电势稳定性和高氧化电势两类聚合物材料的优点,理论上和实际上都是可行的。但是要实现可实用化也并非易事,主要原因是聚对苯不溶不融,成膜比较困难。最近,Chen等分别将二甲基苯封端的聚(二辛基)芴和聚(3-丁基)噻吩溶于氯仿中后,修饰于商品化多孔隔膜上,然后层叠成双层隔膜,发展出了一种可为Li1.05Mn1.95O44V级正极提供可逆过充保护的电压敏感隔膜。应用研究表明,该隔膜的电压钳制平台4.2V以上,钳制能力可达1mA·cm-2以上。与氧化还原电对穿梭剂相比,电压敏感隔膜在敏感材料的选择方面相对容易。但由于隔膜的部分微孔被占据,隔膜的液相传导能力和电池的倍率性能、循环性能会受到一定程度的影响,其应用将被限定在功率性能要求不高的能量型电池体系中。当然,现有研究工作还有待深入,在聚合物材料选择与制备、隔膜结构及其应用效能等方面尚存在大量需要进一步研究的应用基础问题。3ptc电极材料为防止电池的热失控,人们发展了一种嵌入式、具有自激活热阻断功能的过充保护措施———温度敏感电极。其基本原理为:在电极活性物涂层与集流体之间嵌入一层具有PTC效应的材料,使电极本身具有PTC效应。这样,电极就能够根据自身的温度变化调节通过电极的阻抗,准确及时地启动自我限流功能,从而为电池的热失控提供现场保护。原则上,只要选用的PTC材料具有合适的阻变温度(即居里温度)、足够的升阻比和化学稳定性,上述结构的PTC电极就能够根据自身温度变化调节电极电阻,具备自激活温度开关功能。考虑到常规的BaTiO3基PTC材料在室温下的电阻率较大,并且产生PTC效应时的温度较高,其本身也容易发生电化学嵌锂反应,目前这一工作所选择的PTC材料均为高分子基-炭黑复合物。