锂离子动力电池安全性及解决方法

锂离子动力电池的安全性和解决方法在新能源汽车的发展过程中，除了价格高、持续行驶距离短、充电基础设施不足以外，动力安全性还是消费者和专家关注的重点。 这个问题也影响了功率电池比能量的提高。“防止短路、防止过充电、防止热失控、防止燃烧、发展不燃性电解液是应对动力电池安全性的关键”武汉大学艾新平教授在上海举办的第十四届中国国际工业博览会新能源汽车产业发展高峰论坛上强调。锂离子动力电池不安全性行为的产生机制艾新平分析表明，锂离子动力电池除了有正常的充放电反应外，还存在很多潜在的发热副反应。 如果电池温度和充电电压过高，容易发生这些发热副反应。主要的过热副反应为：1.SEI膜在高于130的温度下分解，在露出的高活性炭负极表面，电解液大量还原分解并发热，电池温度上升。 这是引起电池热失控的根本原因。2 .充电状态正极的热分解发热，以及活性氧对电解液的分解，加剧了电池内部的热积蓄，促进了热失控。3 .电解质的热分解引起电解液的分解发热，加快了电池的温度上升。4 .粘合剂与高活性负极的反应。 LixC6和PVDF反应的开始温度约为240，峰值为290，反应热为1500J/g。主要的过充副反应为，有机电解液氧化分解，产生有机分子气体，电池内压增大，温度上升。如果发热副反应的发热速度比功率电池的发热速度高，电池内压和温度急剧上升，成为无法控制的自加温状态，即热失控，电池燃烧。 电池越厚，容量越大，散热越慢，发热量越大，容易引起安全问题。锂离子动力电池安全性降低的原因主要由以下三种情况引起的短路：隔膜表面的导电粉尘、正负极偏移、接头毛刺和电解液分布不均匀等工艺要素材料中的金属杂质低温充电、大电流充电、负极性能衰减过快，会在负极表面析出锂，引起振动和碰撞等应用过程。另外，还有大电流充电引起的局部过充电、极耳涂层、电液分布不均匀引起的局部过充电、正极性能的衰减过快等过充电主要原因。锂离子动力电池安全技术的进展电池安全设计制造、PTC限流装置、压力安全阀、热封闭隔板、提高电池材料的热稳定性等通常方法有限，只能在一定程度上降低电池不安全行为的发生概率。 艾新平强调：必须从根本上解决，研究防止短路、防止过充电、防止热失控、防止燃烧和不燃性电解液的新技术，建立电池的自激励安全保护机制。1 .防止电池内部短路。 陶瓷隔膜和负极热电阻层等保护涂层。2 .防过充电技术。氧化还原电对添加剂。 如果在电解液中加入氧化还原电气对O/R，电池过充电时，r在正极氧化变成o，与此同时，o向负极扩散，被还原成r。 这种内部循环将充电电位固定为安全值，抑制电解液的分解和其他电极反应的发生。二甲氧基苯衍生物虽然具有稳定的电压钳位能力，但由于溶解度低，钳位能力小于0.5C的电池自放电大。 shuttertle的分子结构也有必要进一步研究。可逆过充电保护不仅可以解决电池过充电问题，而且有利于电池组中单电池的容量平衡，降低了对电池匹配性的要求，延长电池寿命。电压感应隔膜。 在隔膜部分细孔中填充电活性聚合物，在正常的充放电电压区间，隔膜呈现绝缘状态，当仅允许离子传导的充电电压达到控制值时，聚合物被氧化掺杂而成为电子导电状态，在正负极间形成聚合物导电桥，充电电流被旁路，电池3 .防止热失控技术。温度感应电极(PTC电极)。 PTC材料在常温下与分散在高分子基体中的导电性炭黑的接触良好，能够形成良好的电子输送路径，具有高电子导电性的温度上升到复合体的居里转变温度时，聚合物基体膨胀，导电性炭黑不接触，复合体的电导率急剧降低在高温下，埋入PTC电极集电体与电极活性物质涂层之间的PTC涂层的电阻急剧增大，切断电流输送，停止电池反应，防止电池热失控引起的安全问题。例如，实验结果表明，PTC钴酸锂(LiCoO2)电极在80120的高温下显示出良好的自激发热阻隔效果，可以防止电池的过充电和外部短路引起的安全问题。但是，PTC电极对内部短路是无力的。 另外，聚合物PTC材料的温度响应特性还需要进一步优化。用热封电极。 在电极或隔板的表面修饰纳米球状的热熔性材料。 在常温下，球状粒子的堆积形成多孔质，如果不影响离子液相输送的温度上升到球体材料的溶解温度，球体就会溶解在致密的膜上，切断离子输送，可以停止电池反应。热固化电池。 向电解液中加入可热聚合的单体。 温度上升时聚合，使电解液固化，切断离子输送，停止电池反应。 例如，实验表明BMI电解液添加剂对电池的充放电几乎没有影响，在高温下BMI可以抑制电池的充放电。4 .防止电池燃烧的不燃性电解液。 有机磷酸酯具有阻燃性高、对电解质盐的溶解力强的特性。 例如，DMMP (二甲基磷酸酯) :为低粘度(CP1.75，25)，低熔点、高沸点(-50181)下阻燃性强(P-content:25% )，锂盐溶解度高。但是，难燃溶剂在应用中下述问题：与负极的匹配性差，电池充放电库仑效率低。 因此，需要寻找匹配的成膜添加剂。动力电池商业化应注意的安全问题对于锂离子动力电池的安全性，艾新平首先认为，正极材料的热分解是热失控反应的一部分，因此在理论上，磷酸铁锂电池并不是绝对安全的，在组装大容量电池车时要慎重。其次，由于电池检查的概率，不能证明通过安全性检查的功率电池是绝对安全的。 严格来说，在