鋰離子電池的安全問題是制約其發(fā)展的一大影響因素，2018年已發(fā)生新能源汽車起火事件40余起。由于鋰離子電池內(nèi)部短路或充放電電流過大引起電池內(nèi)部溫度迅速升高是造成鋰離子電池爆炸燃燒的直接原因之一。電池管理系統(tǒng)（BMS）可以解決鋰離子電池的過充過放和充放電電流過大的問題，使鋰離子電池在合理的電壓區(qū)間內(nèi)充放電，有效保證鋰離子電池的安全。相比之下內(nèi)部短路問題的出現(xiàn)則更為普遍并且危險更大。

內(nèi)部短路反應(yīng)過程示意圖

而造成鋰離子電池內(nèi)部短路的原因很多，例如：電池制造過程中，極片周圍的金屬毛刺或混入的金屬顆粒，在特定情況下會刺穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路；外力用途導(dǎo)致電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形進而出現(xiàn)內(nèi)部短路。鋰離子電池內(nèi)部短路通常是局部短路，短時間內(nèi)熱量大量聚集不能得到有效疏散，造成局部過熱，進而惡化成更嚴(yán)重的安全問題。為了解決鋰離子電池內(nèi)部短路問題，研究人員做了大量工作，其中一種方式是添加安全劑。

向正極添加α-氧化鋁，

負極添加Li4Ti5O12

α-氧化鋁具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性、電絕緣性，同時還是熱的良導(dǎo)體。Li4Ti5O12結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電極電勢（1.5V，相關(guān)于Li/Li+）高于金屬鋰，不易出現(xiàn)鋰枝晶。在鋰離子電池的正極添加α-氧化鋁，負極添加Li4Ti5O12，①可以提高極片的電阻，從而減小電池內(nèi)部短路瞬間的短路電流，達到減少發(fā)熱量的目的；②正負極安全添加劑也是熱的良導(dǎo)體，可以及時把內(nèi)部短路出現(xiàn)的熱量傳出去，達到降低電池升溫速率的目的。

正負極安全添加劑用途模型示意圖

安全性能測試結(jié)果表明，添加電極安全劑后電池可以輕松通過苛刻的穿刺測試和重物沖擊測試，在安全添加劑的高內(nèi)阻用途和良好的熱傳導(dǎo)性能協(xié)同用途下，測試電池的內(nèi)短路產(chǎn)熱能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽氐碾姵氐捅堵史烹姡蠓岣咪囯x子電池的安全性能。

電解液添加劑

除了向電極中加入添加劑外還可以向電解液中加入一些添加劑，改善電解液性能，加強電池的安全性。

1、阻燃添加劑

鋰離子電池電解液阻燃添加劑的用途機制是自由基捕獲機制，如三甲基磷酸酯(TMP)，在受熱時氣化分解，釋放出具有捕獲電解液體系中氫自由基(H?)的阻燃自由基(如P?自由基)，阻止碳氫化合物燃燒或爆炸的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生。

阻燃添加劑包括：①有機磷化物阻燃劑：烷基磷酸酯如磷酸三甲酯(TMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三苯酯(TPP)、二甲基甲基膦酸酯(DMMP)；②有機鹵化物阻燃劑：一氟代甲基碳酸乙烯酯(CH2F-EC)、二氟代甲基碳酸乙烯酯(CHF2-EC)和三氟代甲基碳酸乙烯酯(CF3-EC)；③復(fù)合阻燃劑：磷-氮類化合物(P-N)和鹵化磷酸酯(P-X)。

2、過充保護添加劑

過充電保護劑必須滿足兩個點：①它們的氧化電位應(yīng)該在陰極充電截止電勢和電解液氧化分解電勢之間；②過充保護添加劑不能對電池的循環(huán)效率造成負面影響。

過充保護添加劑包括：①氧化還原對添加劑：I2/I3-，TEMPO/TEMPO+；②電聚合添加劑：聯(lián)苯；③熱敏感添加劑：PTC添加劑。