1.改善電極材料的熱穩(wěn)定性

一般而言，電池材料的熱穩(wěn)定性是鋰離子動(dòng)力鋰電池安全性的根源。故要從根本上改善鋰離子電池的安全問題，還要從電池材料本身的熱穩(wěn)定性出發(fā)。

（1）正極材料

研究表明，在高溫條件下，正極材料和電解液之間的反應(yīng)是引起電池安全問題的重要原因之一。因此，尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料是改善鋰離子電池安全性的有效手段。

目前，鋰離子電池使用的正極材料重要是鋰過渡金屬氧化物，當(dāng)前，層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰（LiCoO2）、鎳酸鋰（LiNiO2）、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰（LiMn2O4）和聚陰離子類的磷酸鐵鋰（LiFePO4）是研究較多的正極材料。其中，LiCoO2熱穩(wěn)定性適中，電化學(xué)性能優(yōu)異，但鈷的一些特點(diǎn)諸如儲存量小、價(jià)格昂貴和有毒性等限制了它的應(yīng)用；LiNiO2容量雖然高，但制備要求苛刻，尤為是熱穩(wěn)定性差，不宜作為正極材料；尖晶石型LiMn2O4具有原料成本低、合成工藝簡單、熱穩(wěn)定性高、耐過充性好和放電電壓平臺高等優(yōu)點(diǎn)，一直是鋰離子電池重要的正極

材料；LiFePO4價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定、對環(huán)境友好和熱穩(wěn)定性最佳，是理想的鋰離子動(dòng)力鋰電池正極材料。MacNeil[5]研究了幾種不同的正極材料在充電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明，LiFePO4熱穩(wěn)定性最好，其他材料的熱穩(wěn)定性依次為：LiNi3/8Co1/4Mn3/8O2＞Li1-xMn2-xO4＞LiCoO2＞LiNi0.7Co0.2Ti0.05Mg0.05O2＞LiNi0.8Co0.2O2＞LiNiO2。Yang等[6]也有相同的結(jié)論，LiFePO4較LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4等具有更高的熱穩(wěn)定性，其在充電狀態(tài)下與電解質(zhì)在340℃以下沒有表現(xiàn)出明顯的吸熱或放熱現(xiàn)象。

尋找熱穩(wěn)定性好的正極材料固然重要，然而通過對正極材料改性提高其熱穩(wěn)定性，也不可忽視，相關(guān)的研究方法有很多，例如優(yōu)化合成條件、改進(jìn)合成方法和改性電極材料等。電極材料改性是一種提高鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性的有效措施，改性尖晶石錳酸鋰、鋰鎳錳鈷氧三元復(fù)合氧化物和磷酸鐵鋰是目前正極材料研究的重點(diǎn)。常用的改性方法重要是表面包覆和摻雜改性。表面包覆能減少活性材料與電解液之間的反應(yīng)，同時(shí)減少正極材料過充中釋放的氧氣，穩(wěn)定基體材料的相變[7]，從而達(dá)到提高鋰離子電池?zé)岱€(wěn)定性的目的。當(dāng)前，有關(guān)包覆用的材料種類較多，如：氧化物包覆三氧化二鋁（Al2O3）、二氧化鈦（TiO2）、磷酸鹽（MPO4）包覆〔M=鋁（Al）、鐵（Fe）、鈷（Co）〕、氫氧化鋁〔Al(OH)3〕包覆、碳包覆和有機(jī)物包覆，雖然不能從理論上確定哪類包覆材料最適合于表面修飾，但都在一定程度上提高了正極材料的熱穩(wěn)定性。Cho等[8]研究發(fā)現(xiàn)，采用納米磷酸鋁（AlPO4）顆粒包覆LixCoO2能有效地抑制正極材料與電解液之間的放熱反應(yīng)。

摻雜改性的最初目的在于提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性從而提高材料循環(huán)性能，然而隨著人們對摻雜的深入研究，發(fā)現(xiàn)摻雜材料的熱穩(wěn)定性也得到明顯提高。Madhavi等[9]在研究Al、鎂（Mg）摻雜對LiNi0.7Co0.3O2熱穩(wěn)定性的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，Al摻雜材料的放熱起始溫度并沒有發(fā)生移動(dòng)，但是放熱量卻明顯減少。當(dāng)摻入Mg后，Li(Ni0.7Co0.3)0.9Al0.05Mg0.05O2放熱起始溫度由223℃提高到256℃，熱穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。與包覆相比，離子摻雜是起到穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的用途，不能減少電極材料與電解液之間的接觸面積，但能很大程度地提高材料熱穩(wěn)定性，與此同時(shí)，其工藝也相對復(fù)雜[10]。

（2）負(fù)極材料

早期負(fù)極材料直接采用金屬鋰，金屬鋰具有價(jià)格低廉和比容量高等優(yōu)點(diǎn)。但是，以金屬鋰組裝的電池?zé)岱€(wěn)定性很差，在多次充電過程中易出現(xiàn)鋰枝晶，會刺破隔膜導(dǎo)致短路、甚至發(fā)生爆炸[11]。嵌鋰化合物的使用有效地防止了鋰枝晶的出現(xiàn)，從而大大提高了鋰離子電池的安全性。目前負(fù)極材料的研究重要集中在碳基材料、鋰的錫或硅合金、氮化物、氧化物和Li4Ti5O12

等體系。

碳基材料是當(dāng)前鋰離子電池使用的負(fù)極材料，重要包括石墨、碳纖維、中間相碳微球（MCMB）和硬炭等。碳基材料充放電過程中鋰離子從碳顆粒中嵌入和脫出，減少了出現(xiàn)鋰枝晶的可能，從而提高了鋰離子電池的熱穩(wěn)定性。

這幾種碳材料的熱穩(wěn)定性不同，且存在一定的爭議。有文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為，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)大于與嵌鋰碳纖維和MCMB等的反應(yīng)速率。這是因?yàn)槭惒牧蠈娱g距最小，在鋰離子的嵌入和脫出過程中形變最大，鋰離子在此類碳層中的擴(kuò)散速度也較慢，大電流充放電時(shí)，極化大、電阻大、電池的安全性差，硬碳類材料則反之[12-14]。然而也有人認(rèn)為，石墨化程度新增可以降低鋰離子擴(kuò)散的活化能，有利于鋰離子的擴(kuò)散，而硬碳類材料由于內(nèi)部存在大量的空洞，大電流充放電時(shí)，其表現(xiàn)接近于金屬鋰負(fù)極，安全性反而不好。

有關(guān)負(fù)極材料的熱穩(wěn)定性，除了材料本身的熱穩(wěn)定性之外，負(fù)極與電解液界面SEI膜的熱穩(wěn)定性更為重要。提高SEI膜熱穩(wěn)定性的途徑重要有2種：一是負(fù)極材料的表面包覆，如在石墨表面包覆無定形碳或金屬層；另一種是在電解液中添加成膜添加劑，在電池活化過程中，它們在電極材料表面形成穩(wěn)定性較高的SEI膜。Shin等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在電解液中加入少量碳酸鋰（Li2CO3），不僅能有效抑制電解液的分解，并能快速形成穩(wěn)定堅(jiān)固的SEI膜。目前，用于改善SEI膜性能的無機(jī)添加劑重要有二氧化碳（CO2）、二氧化硫（SO2）等[16]，有機(jī)添加劑重要有氯化碳酸乙烯酯（Cl-EC）、1，2-亞乙烯基碳酸酯（VC）等[17]。

2.使用安全型鋰離子電池電解液電解液在鋰離子電池的正、負(fù)極之間起著輸送鋰離子（Li+）的用途。電解液幾乎參與了電池內(nèi)部發(fā)生的所有反應(yīng)，不僅包括電解液與負(fù)極材料、正極材料之間的反應(yīng)，同時(shí)也包括電解液自身的分解反應(yīng)。可見，電解液的熱穩(wěn)定性對鋰離子電池安全性起著至關(guān)重要的用途。因此，安全型電解質(zhì)體系為人們所關(guān)注，并成為鋰離子電池電解質(zhì)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。

（1）無閃點(diǎn)的氟代溶劑

目前，鋰離子電池電解液重要是有機(jī)溶劑，廣泛應(yīng)用的有碳酸酯、醚類和羧酸酯類等。其中，線型碳酸酯能夠提高電池的充放電容量和循環(huán)壽命，但其閃點(diǎn)低，在較低溫度下即會閃燃。聲明：本網(wǎng)站所公布的文章，均來自于互聯(lián)網(wǎng)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。