电池材料的热稳定性是锂离子动力电池安全性的重要因素吗？
来源：宝鄂实业
2019-05-09 09:10
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这主要与电池材料的热活性有关。当电池温度升高时，电池内部会发生许多放热反应，如果产生的热量超过了热量的散失，就会发生热溢溃。锂离子电池材料之间主要放热反应有：SEI膜的分解；电解液分解；正极分解；负极与电解液的反应；负极与粘合剂的反应；此外，由于电池存在电阻，使用时也产生少量热量。
锂离子电池正极材料一直是限制锂离子电池发展的关键。和负极材料相比，正极材料能量密度和功率密度低，并且也是引发锂离子电池安全隐患的主要原因。正负极材料的结构对锂离子的嵌入和脱嵌有决定性影响，因而影响着电池的循环寿命。使用容易脱嵌的活性材料，充放电循环时，活性材料的结构变化小且可逆，有利于延长电池的寿命。在锂离子电池滥用的条件下，随着电池内部温度的升高，正极发生活性物质的分解和电解液的氧化，这两种反应将产生大量的热，从而导致电池温度的进一步上升，同时不同的脱锂状态对活性物质晶格转变、分解温度和电池的热稳定性影响相差很大。寻找热稳定性较好的正极材料是锂离子动力电池的关键。层状LiCoO2、LiNiO2、尖晶石LiMn2O4和橄榄石LiFePO4是目前研究较多的正极材料。LiCoO2热稳定性适中，电化学性能优异，但由于钴资源的限制，LiCoO2在锂离子动力电池方面的应用受到限制；LiNiO2虽然容量较高，但合成困难、循环性能较差，也不适合作为锂离子动力电池的正极材料；LiMn2O4热稳定性好、资源丰富、价格低廉，适合作为锂离子动力电池的正极材料；LiFePO4由于合成原料资源丰富，成本低，对环境无污染，又有较高的比容量、有效利用率、适宜的电压及较好的循环性能，是一种有应用前景的锂离子正极材料之一。
早期使用的负极材料是金属锂，而以金属锂为负极组装的电池在多次充放电过程中易产生锂枝晶，锂枝晶会刺破隔膜，导致电池短路、漏液甚至发生爆炸。使用嵌锂化合物避免了锂枝晶的产生，从而大大提高了锂离子电池的安全性。目前在锂离子二次电池中较具使用价值和应用前景的碳主要有三种：一是高度石墨化得碳，二是软碳和硬碳，三是碳纳米材料。
当前锂离子电池所用的负极材料大部分采用石墨，而石墨的理论适量比容量只有372mAh/g，体积比容量也只有800mAh/cm3。尽管目前研制出的医学热解碳具有700mAh/g的比容量，但是它的体积比容量还是非常有限。由于大功率的需要，高能量密度的金属和金属化合物妒忌材料引起了广泛关注，研究主要向微小颗粒(纳米级)、单相向多相、掺杂非活性材料等方面发展。金属和合金类负极在循环过程中，体积会发生很大的变化，循环寿命短。为延长寿命，采用金属学上的近似法开发控制合金材料的组成和微观组织(纳米级)及表面处理技术。
