预防锂离子电池爆炸的方法

提高电池材料的热稳定性

正极材料可以通过优化合成条件,改进合成方法,合成热稳定性好的材料;或使用复合技术(如掺杂技术)、表面包覆技术(如涂层技术)来改善正极材料的热稳定性。

负极材料的热稳定性与负极材料的种类、材料颗粒的大小以及负极所形成的SEI膜的稳定性有关。如将大小颗粒按一定配比制成负极即可达到扩大颗粒之间接触面积,降低电极阻抗,增加电极容量,减小活性金属锂析出可能性的目的。

SEI膜形成的质量直接影响锂离子电池的充放电性能与安全性,将碳材料表面弱氧化,或经还原，掺杂，表面改性的碳材料以及使用球形或纤维状的碳材料有助于SEI膜质量的提高。

电解液的稳定性与锂盐、溶剂的种类有关。采用热稳定性好的锂盐,电位稳定窗口宽的溶剂可以提高电池的热稳定性。在电解液中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的溶剂可以改善电池的安全性。

导电剂与粘结剂的种类与数量也影响着电池的热稳定性，粘结剂与锂在高温下反应产生大量的热,不同粘结剂发热量不同,PVDF的发热量几乎是无氟粘结剂的2倍,用无氟粘结剂代替PVDF可以提高电池的热稳定性。

提高电池过充保护能力

为防止锂离子电池过充,通常采用专用的充电电路来控制电池的充放电过程,或者在单个电池上安装安全阀以提供更大程度的过充保护;其次也可采用正温度系数电阻器(PTC),其作用机理为当电池因过充而升温时,增大电池的内阻,从而限制过充电流;还可采用专用的隔膜,当电池发生异常引起隔膜温度过高时,隔膜孔隙收缩闭塞,阻止锂离子的迁移,防止电池的过充。

防止电池的短路

对于隔膜而言而言,孔率为40%左右,且分布均匀，孔径为10nm的隔膜能阻止正负极小颗粒运动,从而提高锂离子电池的安全性;

隔膜的绝缘电压与其防止正负极的接触有着直接的关系,隔膜的绝缘电压依赖于隔膜的材质、结构以及电池的装配条件;

采用热闭合温度和熔融温度差值比较大的复合隔膜(如PP/PE/PP)可防止电池热失控。将隔膜表面涂覆陶瓷层提高隔膜耐温性。利用低熔点的PE(125℃)在温度较低的条件下起到闭孔作用,PP(155℃)又能保持隔膜的形状和机械强度,防止正负极接触,保证电池的安全性。

大家都知道以石墨负极替代金属锂负极,从而使充放电过程中锂在负极表面的沉积和溶解变为锂在碳颗粒中的嵌入和脱出,防止了锂枝晶的形成。但这并不代表锂离子电池的安全性已经解决,在锂离子电池充电过程中,如果正极容量过多,就会出现金属锂在负极表面沉积,负极容量过多,电池容量损失较严重。

涂布厚度及其均一性也影响锂离子在活性物质中的嵌入和脱出。例如负极面密度较厚不均一,因此充电过程中各处极化大小不同,就有可能发生金属锂在负极表面局部沉积。

使用条件不当也会引起电池的短路,低温条件下,由于锂离子的沉积速度大于嵌入速度,从而导致金属锂沉积在电极表面引起短路。因此,控制好正负极材料的比例,增强涂布的均匀性等是防止锂枝晶形成的关键。

此外,粘结剂的晶化、铜枝晶的形成也会造成电池内部短路。在涂布工艺中,通过涂布烘烤加热将浆料中溶剂全部除去,若加热温度过高,则粘结剂也有可能发生晶化,会使活性物质剥落,使电池内部短路。

在过放条件下,当电池过放至1-2V时,作为负极集电体的铜箔将开始溶解,并于正极上析出,小于1V时正极表面则开始出现铜枝晶,使锂离子电池内部短路。