鋰離子動力電池的安全性問題分析(編輯修改稿)
2025-07-04 23:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 軟碳和硬碳，三是碳納米材料。當(dāng)前鋰離子電池所用的負(fù)極材料大部分采用石墨，而石墨的理論適量比容量只有372mAh/g，體積比容量也只有800mAh/cm3。盡管目前研制出的醫(yī)學(xué)熱解碳具有700mAh/g的比容量，但是它的體積比容量還是非常有限。由于大功率的需要，高能量密度的金屬和金屬化合物妒忌材料引起了廣泛關(guān)注，研究主要向微小顆粒(納米級)、單相向多相、摻雜非活性材料等方面發(fā)展。金屬和合金類負(fù)極在循環(huán)過程中，體積會發(fā)生很大的變化，循環(huán)壽命短。為延長壽命，采用金屬學(xué)上的近似法開發(fā)控制合金材料的組成和微觀組織(納米級)及表面處理技術(shù)。近期研究表明：隨著溫度的升高，嵌鋰狀態(tài)下的碳負(fù)極將首先與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)。在相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應(yīng)的放熱速率遠(yuǎn)大于嵌鋰的MCMB、碳纖維、焦炭等的反應(yīng)放熱速率。硬碳類材料、軟碳類材料、~、當(dāng)鋰嵌入碳層后。石墨類材料的層間距最小，其在鋰離子電池的嵌入和脫出過程中形變最大，鋰離子在此類碳層中的擴散速度也較慢，大電流充放電時，極化大、電阻大，電池的安全性差，硬碳類材料則相反。然而也有人認(rèn)為：石墨化程度增加可以降低鋰離子擴散的活化性能，有利于鋰離子的擴散，而硬碳類材料由于存在大量的空洞，大電流充放時，其表現(xiàn)接近于金屬鋰負(fù)極，安全性反而不好。在新材料的探索方面，鋰化過渡金屬氮化物及過渡金屬磷族化合物是很好的例子，對該類材料的進(jìn)一步研究有可能為鋰離子蓄電池負(fù)極材料的發(fā)展注入新的活力。 隔膜與電解液隔膜本身是電子的非良導(dǎo)體，但也允許電解質(zhì)離子通過。此外，隔膜材料還必須具備良好的化學(xué)、電化學(xué)穩(wěn)定性和機械性能以及在反復(fù)充放電過程中對電解液保持高度浸潤性，隔膜材料與電極之間的界面相容性、隔膜對電解質(zhì)的保持性均對鋰離子電池的充放電性能、循環(huán)性能等有較大影響。電解液在鋰離子電池的正、負(fù)極之間起著輸送Li+的作用，電解液與電極的相容性直接影響電池的性能，電解液的研究開發(fā)對鋰離子二次電池的性能和發(fā)展非常重要。從電池的安全性方面考慮，要求有機電解液具有良好熱穩(wěn)定性，在電池發(fā)熱產(chǎn)生高溫的條件下保持穩(wěn)定，整個電池不會發(fā)生熱失控。有機電解液對鋰離子動力電池安全性的影響主要從溶劑、電解質(zhì)鋰鹽和添加劑三方面進(jìn)行研究。從根本上解決鋰離子電池安全性問題應(yīng)為離子液體電解液。 制造工藝對鋰離子電池安全性能的影響鋰離子電池的制造工藝可分為圓柱式和疊片式，無論是什么結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，電極制造、電池裝配等制造過程都會影響電池的安全性能。鋰離子電池的制造工藝包括：正極和負(fù)極混料、涂布、輥壓、裁片、焊接極耳、卷繞或?qū)盈B、注液、封口、化成等。其中每一道工序都會影響電池的安全性能。其中起主要作用的有以下3 個方面：（1）正負(fù)極容量配比正負(fù)極活性物質(zhì)的配比關(guān)系到電池的使用壽命和安全性能，尤其是過充電性能。正極容量過大將會出現(xiàn)金屬鋰在負(fù)極表面沉積，負(fù)極容量過大會導(dǎo)致電池的容量損失。為了確保電池的安全性，一般原則是考慮正負(fù)極的循環(huán)特性和過充時負(fù)極接受鋰的能力，而給出一定的設(shè)計冗余。（2）漿料均勻度控制漿料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。制漿時間過短，漿料不均勻，電池充放電時會出現(xiàn)負(fù)極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；而時間過長，漿料過細(xì)會導(dǎo)致電池內(nèi)阻過大。（3）涂布質(zhì)量控制溫度和時間是影響涂布質(zhì)量的因素。加熱溫度過低或烘干時間不足會使溶劑殘留，粘結(jié)劑部分溶解，造成一部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過高可能造成粘結(jié)劑結(jié)晶化，活性物質(zhì)脫落形成電池內(nèi)短路。另外，涂布的厚度和均一性會影響鋰離子在活性物質(zhì)中的嵌入和脫出。負(fù)極膜較厚，不均一，因充電過程中各處極化大小不同，有可能發(fā)生金屬鋰在負(fù)極表面局部沉積的情況。 動力鋰離子電池組的安全性能鋰離子
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