动力锂离子电池安全技术的进展

作者：沃尔德电子

欢迎访问e展厅 展厅 9 电池/开关电源展厅 电池, 碱性电池, 锂离子电池, 纽扣电池, 太阳能电池, ... 锂离子电池安全设计制造、PTC限流装置、压力安全阀、热封闭隔膜及提高电池材料的热稳定性等常规方法，有其局限性，只能在一定程度上降低电池不安全行为的发生概率。要根本解决，需要研究防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液的新技术，建立电池自激发安全保护机制。 1.防止电池内部短路，陶瓷隔膜和负极热阻层等保护涂层。 2.防过充技术。 ①氧化还原电对添加剂。在电解液中加入一种氧化还原电对O/R，当电池过充时，R在正极上氧化成O,随之O扩散至负极又还原成R。如此内部循环，使充电电势钳制在安全值，抑制电解液分解及其他电极反应发生。 二甲氧基苯衍生物具有稳定的电压钳制能力，但因溶解度低，钳制能力小于0.5C；电池自放电大。还需在Shuttle分子结构方面进一步研究。 可逆过充保护不仅能解决电池的过充电问题，且有利于电池组中单体电池的容量平衡，降低对电池一致性的要求，还能延长电池使用寿命。 ②电压敏感隔膜。在隔膜部分微孔中填充一种电活性聚合物，在正常充放电电压区间，隔膜呈绝缘态，只允许离子传导；当充电电压达到控制值时，聚合物被氧化掺杂成为电子导电态，在正负极间形成聚合物导电桥，使充电电流旁路，可避免电池过充。 3.防止热失控的技术。 ①温度敏感电极（PTC电极）。PTC材料在常温下，分散于聚合物基质中的导电炭黑接触良好，可形成良好的电子传输通道，复合材料有较高的电子导电性；当温度上升至复合物的居里转化温度时，聚合物基质膨胀，导电炭黑脱离接触，复合物电导急剧下降。 高温下，镶嵌在PTC电极集流体和电极活性物涂层之间的PTC涂层电阻急剧增大，可切断电流传输，终止电池反应，防止电池因热失控引发的安全问题。 例如，PTC钴酸锂（LiCoO2）电极，实验结果表明，在80~120℃高温下，表现出良好的自激发热阻断效果，能防止电池因过充和外部短路引发的安全问题。 但PTC电极对内部短路无能为力。另外，聚合物PTC材料的温度响应特性还有待进一步优化。 ②热封闭电极。在电极或隔膜表面修饰一层纳米球状热熔性材料。常温下，球状颗粒的堆积形成多孔，不影响离子的液相传输；当温度升高至球体材料的融化温度时，球体融化成致密膜，切断离子传输，可终止电池反应。 ③热固化电池。在电解液中加入一种可以发生热聚合的单体。当温度升高时发生聚合，使电解液固化，切断离子传输，使电池反应终止。例如，实验表明，BMI电解液添加剂对电池充放电基本没有影响，高温下，BMI可抑制电池充放电。 4.防止电池燃烧的不燃性电解液。有机磷酸酯具有高阻燃、对电解质盐较强溶解能力的特性。例如，DMMP（二甲氧基甲基磷酸酯）：低粘度（cP~1.75,25℃），低熔点、高沸点（-50~181℃），强阻燃（P-content：25%），锂盐溶解度高。 不过，阻燃溶剂在应用中存在下述问题：与负极匹配性较差，电池充放电库伦效率低。因此，需要寻找匹配的成膜添加剂。 动力锂离子电池商用化中应注意的安全问题 对动力锂离子电池的安全性，首先，由于正极材料的热分解只是热失控反应的一部分，因此从理论上看，磷酸铁锂电池并非绝对安全，大容量电池装车时要慎重。 其次，由于电池检测的概率，通过安全性检测的动力电池不能证明是绝对安全的。严格起见，应检测全充放循环一定周次后的电池；经历低温充电后的电池；对电池模块和电池组进行安全测试。 还有，在电池使用过程中，整车厂商尽可能将动力锂离子电池的环境温度控制在20~45℃范围，这样既能有效提高电池使用寿命和可靠性，还能避免低温析锂造成的短路和高温热失控问题。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/29/2013)