锂离子电池安全技术 新思路的探究

牛文娟

河南华瑞高新材料有限公司 河南省新乡市 45300 0

摘要：综述了锂离子电池发展的背景及现状。以及锂离子电池本身材料的以及使用过程中存在安全隐患，引发安全事故。本文阐述了锂离子电池安全性的现状，对于影响锂离子电池安全保护性能的因素做了分析，在此基础上提出了关于提高锂离子电池安全性能的新思路。

关键词：锂离子电池；正负极材料；电解液；保护板；安全性能测试

1 背景与现状

随着新能源产业的不断发展，锂离子电池被广泛应用于各类产品，大到新能源汽车、绿色公交车、物流车、电动车，小到笔记本、手机、充电宝、数码相机、ipad 等，都离不开锂离子电池由于其循环性能优越、可快速充放电、良好的高低温性能，使用寿命长，不含有毒有害物质，被称为绿色电池。但是锂离子电池的本身缺陷和大量使用，使得由于锂离子电池引起的安全事故日益增多。进出口市场因为电池质量而出现的产品召回现象不断发生。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，锂离子电池在使用过程中的一个重要问题就是安全问题，一旦使用不当，轻者影响电池性能和寿命，严重的可引起电池燃烧、爆炸等所以，无论在生产，还是在使用过程中，对锂离子电池增加保护措施是必不可少的。

2 锂离子电池安全保护性能的分析

2.1 影响锂离子电池安全的因素

锂离子电池安全保护性能主要来自两方面：一方面是锂离子电池内部材料安全性，另一方面是锂离子电池外部保护装置安全性。

内部因素

内部因素如正极材料、负极材料、电解质材料和隔膜材料等都能影响到锂离子电池的安全性能。其中正极活性物质容易发生分解反应，放出氧气，氧气与有机电解液发生氧化反应，放出 热量。或者正极活性物质直接与电解液发生反应，放 出热量。在电池滥用的情况下，一旦内部短路，会发 生剧烈的氧化反应，并产生大量的热量。其中负极与电解液反应覆盖在负极表面的绝缘 护膜（ＳＥＩ膜）起到隔离负极与电解液的作用。当温度高于１２０ ℃时，保护膜会发生分解，起不到隔离作用，从而使负极嵌入的锂与电解液发生反应，放出大量的热量。 隔膜材料如果不稳定和平整，存在斑点和大颗粒，容易被刺穿，与正极发生短路。

外部因素

外部因素主要是锂离子电池在使用过程中，出现了出现了机械性撞击、严重的过充电、过放电、电池局部温度过高或者电池内部短路等等情况，通常由人为操作不当而引起。人为的锂离子电池滥用会导致起火和爆炸等事故，这个时候就需要外部保护装置来限制锂离子电池的使用，以此来达到保护其安全的作用。

2.2 锂离子电池安全性能问题分析

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。

电氧化聚合电解液添加剂

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， 可连续均匀地释放掉电池的能量，使电池电压保持在安全状态，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。

隔膜材料的选择

隔膜的主要作用是将电池的正、负极分隔开，防止正负极接触而短路，同时具有使电解质离子通过的能力，即具有电子绝缘性和离子导通性。锂离子电池选用隔膜的要求 有以下几点：① 孔隙不可过大，避免发生微短路；② 有足够大的抗穿刺能力，避免被一些颗粒刺穿隔膜，引起局部短路；③ 隔膜材料具有足够的化学稳定性，和电解液不发生化学作用；④ 隔膜的热收缩率和变形性要尽可能小；⑤隔膜具有较强的物理强度，在垂直极片的方向上可以承担标准工艺的操作而不破损。

电池保护装置

锂离子电池保护装置，一般就是指电池的保护板，其功能就是防止锂离子电池在使用过程中出现的一些违规操作使用而破坏电池正常功能的一种产品，其本质是一块带有保护芯片的 PCB 板和电芯直接相连。保护装置是连接充电设备或者用电设备和锂电池之间的桥梁，既然是桥梁，那么对桥上的“流量”和“压力”就会有一定限制，否则就可能导致桥梁断裂，引发危险，这里“流量”和“压力”主要指电流和电压所以其核心功能就是对锂离子电池充电和放电过程中的限压和限流。

3 结论

现今以各种形态、各种容量存在于各种便携式产品中的锂离子电池，已和我们的日常生活密不可分，发展自激发安全保护技术是从根本上解决锂离子电池安全性问题的唯一途径， 也是一项长期而艰苦的工作。应当说， 通过多年的不懈探索， 目前有关安全性的研究已经取得了显著进展。相比较而言， 目前在热控制方面的研究工作较少， 且思路较为单一， 需要加以重视和加强。 锂离子电池为我们提供了极大的便利，其隐患也同时威胁着我们的生命财产安全。监管机构、生产企业、研究机构应共同努力，去其所长，弃其所短，不断提高生产技术，采用新工艺，使其真正成为安全、可靠、环保的绿色能源。

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