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1、內(nèi)容簡介：鋰離子電池作為可靠的能源已經(jīng)廣泛應用于小型電源驅(qū)動設備，但由于熱穩(wěn)定性引起的安全問題，其使用在大型電池特別是用于電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）的動力鋰離子電池方面受到限制。本文從鋰離子電池材料和制作工藝兩個方面分析影響鋰離子電池安全性能的因素，并進一步分析鋰離子電池組安全性的關鍵問題。關鍵詞：鋰離子電池；安全性能；熱穩(wěn)定性；影響因素安全性能是鋰離子電池，特別是鋰離子動力電池所關心的焦點問題。鋰離子電池與金屬鋰二次電池相比，在安全性能方面有了很大的提高，但在實際應用中仍然存在許多隱患。特別是用于電動汽車（EV）和混合動力汽車（HEV）的動力鋰離子
2、電池，其充放電電流大，散熱條件差，導致電池內(nèi)部溫度升高[1,2]。根據(jù)P.H.Biensan等[3]的研究證明：鋰離子電池在濫用的條件下有可能達到使鋁集流體熔化的高溫（＞700℃），從而導致電池出現(xiàn)冒煙、著火爆炸、乃至人員受傷等情況。因此，鋰離子電池安全性能方面的研究，對擴大鋰離子電池的商品化程度，保證使用過程中人員的安全是非常重要的。本文從鋰離子電池材料和制作工藝兩個方面分析影響鋰離子電池安全性能的因素，并進一步分析鋰離子電池組安全性的關鍵問題。1電池材料對鋰離子電池安全性能的影響對鋰離子電池的安全保護通常采用專門的充電電路來控制充電過程，防止電池過充放，并在電
3、池上設置安全閥和熱敏電阻[4]。這些方法都是在使用過程中通過外部手段來達到對電池的安全保護，防止濫用造成的安全問題，然而要從根本上解決鋰離子電池的安全問題，還要從電池材料本身的安全性能出發(fā)。1.1負極材料的安全性目前，商業(yè)化的鋰離子電池多采用碳材料為負極，在充放電過程中，鋰在碳顆粒中嵌入和脫出，從而減少鋰枝晶形成的可能，提高電池的安全性，但這并不表示碳負極沒有安全性問題。其影響鋰離子電池安全性能因素表現(xiàn)在下列幾個方面：(1)嵌鋰負極與電解液反應隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負極將首先與電解液發(fā)生放熱反應，且生成易燃氣體。因此，有機溶劑與碳負極不匹配可能使鋰離子動力
4、電池發(fā)生燃燒。電解液與嵌入負極中的鋰會發(fā)生如下反應[5]：2Li+C3H4O3(EC)→Li2CO3+C3H6（1）2Li+C4H6O3(PC)→Li2CO3+C3H6（2）2Li+C3H4O3(DMC)→Li2CO3+C3H6（3）(2)負極中的粘結劑典型的負極包含質(zhì)量分數(shù)為8%~12%的粘結劑，隨著負極嵌鋰程度的增加其與粘結劑反應的放熱量也隨之增加，通過XRD分析發(fā)現(xiàn)其反應的主要產(chǎn)物為LiF[3]。MalekiH等[6]報道了LixC6與PVDF的反應熱為1.32×103J/g，反應開始時的溫度200℃，在287℃時達到最大值。(3)負極顆粒尺寸負極活性物質(zhì)顆
5、粒尺寸過小會導致負極電阻過大，顆粒過大在充放電過程中膨脹收縮嚴重，導致負極失效。目前，主要的解決方法是將大顆粒和小顆粒按一定比例混合，從而達到降低電極阻抗、增大容量的同時提高循環(huán)性能的目的。ZhangZ[7]用DSC方法研究表明，負極鋰含量越大，與電解液反應放出的熱量越多。(4)負極表面SEI膜的質(zhì)量良好的SEI膜可以降低鋰離子電池的不可逆容量，改善循環(huán)性能，增加嵌鋰穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在一定程度上有利于減少鋰離子電池的安全隱患。目前研究表明，經(jīng)過表面氧化、還原或摻雜的碳材料以及使用球形或纖維狀的碳材料都有助于SEI膜質(zhì)量的提高[8-11]。1.2正極材料目前，常見
6、的鋰離子電池正極活性材料有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiN1-xCoxO2、LiFePO4和LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2[12-14]。研究表明LiMn2O4和LiFePO4的安全性能較好。正極材料的安全性主要包括熱穩(wěn)定性和過充安全性。在氧化狀態(tài)，正極活性物質(zhì)發(fā)生放熱分解，并放出氧氣，氧與電解液發(fā)生放熱反應，或者正極活性物質(zhì)直接與電解液發(fā)生反應。表1列出幾種正極活性物質(zhì)與電解質(zhì)發(fā)生放熱反應的溫度和分解溫度[15]。從表中可以看出，LiMn2O4的熱穩(wěn)定性最好，放熱峰位置高于其它3種活性物質(zhì)。很多研究人員針對安全性對不同的正極活性物質(zhì)進行
7、了研究。其中J.R.Dahn[16]用TGA分析了LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4在受熱過程中氧的釋放量，研究結果表明LiMn2O4氧釋放量最小，被認為是最安全的正極活性物質(zhì)。H.J.Kweon等[17]研究了表面包覆Al2O3、MgO的LiCoO2在充電時的熱穩(wěn)定性，該方法極大改進了電池的充放電速率，具有很好的安全特性。LeisingRA等[18]研究了電池在濫用條件下的反應行為，認為當電池以0.5C或以上倍率過充時電池會破裂，證明正極是熱源。鐘盛文等[19]對用LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、鈷酸鋰、錳酸鋰的安全性能進行比較，對電池進行熱穩(wěn)定
8、性、過充、
