锂离子电池的安全性：热失控、材料、老化以及工艺解析

锂离子电池热失控事故的触发原因有很多种，根据触发的特征，可以分为机械滥用触发、电滥用触发和热滥用触发三种方式。

机械滥用：指的是由汽车碰撞等引起的针刺、挤压以及重物冲击等；

电滥用：一般由电压管理不当或电器元件故障引起，包括短路、过充电和过放电等；

热滥用：由温度管理不当导致的过热引起的。

 

这三种触发方式之间相互关联，如上图所示，机械滥用一般会引起电池隔膜的变形或破裂，导致电池内部正负极直接接触短路，出现电滥用；而电滥用下，焦耳热等产热增加，引起电池温度上升，发展为热滥用，进一步触发电池内部的链式产热副反应，最终导致电池热失控发生。

 

电池热失控都是由于电池的生热速率远高于散热速率，且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言，“热失控”是一个能量正反馈循环过程：升高的温度会导致系统变热，系统变热后温度升高，又反过来让系统变得更热。不严格的划分，电池热失控可以分为三个阶段：

 

不同种类锂电池热失控反应动力学机制研究

 

第1阶段：电池内部热失控阶段

由于内部短路、外部加热，或者电池自身在大电流充放电时自身发热，使电池内部温度升高到90℃～100℃左右，锂盐LiPF6开始分解；对于充电状态的碳负极化学活性非常高，接近金属锂，在高温下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应，进一步把电池温度推高到150℃，此温度下又有新的剧烈放热反应发生，例如电解质大量分解，生成PF5,PF5进一步催化有机溶剂发生分解反应等。

第2阶段：电池鼓包阶段

电池温度达到200℃之上时，正极材料分解，释放出大量热和气体，持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。

第3阶段：电池热失控，爆炸失效阶段

在反应发生过程中，充电态正极材料开始发生剧烈分解反应，电解液发生剧烈的氧化反应，释放出大量的热，产生高温和大量气体，电池发生燃烧爆炸。

 

在绝热热失控测试下，可以定义几个特征温度（自产热起始温度Tonset，热失控温度TTR，最高温度Tmax），以定量评估电池的热失控特性，如图2所示。其中Tonset为自产热起始温度，即电池自产热速率高于0.02 ℃/min 的温度，高于此温度，电池将出现明显的自产热；TTR为电池的热失控温度，一般定义为电池的自产热速率高于1 ℃/s 的温度，在此温度后，电池将出现剧烈温升，温升速率可能高达105 ℃/min，Tmax为热失控过程中的最高温度，可高达1000 ℃。

 

锂离子电池材料的安全性

 

负极材料

负极材料虽然比较稳定，但嵌锂状态下的碳负极在高温下会与电解液反应分解。

负极与电解液之间的反应包括以下三个部分：SEI的分解；嵌入负极的锂与电解液的反应；嵌入负极的锂与黏结剂的反应。常温下电子绝缘的SEI膜能够防止电解液的进一步分解反应。但在100℃左右会发生SEI膜的分解反应。SEI放热分解反应的反应式如下：

 

尽管SEI分解反应热相对较小，但其反应起始温度较低，会在一定程度上增加负极片的“燃烧”扩散速度。

 

锂离子电池各种放热反应的温度区间与反应焓

在更高温度下，负极表面失去了SEI膜的保护，嵌入负极的锂将与电解液溶剂直接反应有C2H4O产生，可能为乙醛或氧化乙烯。嵌入锂的石墨在300℃以上与熔融的PVDF–HPF共聚物发生如下反应：

 

反应热随着嵌锂程度的增加而增加，反应热随黏结剂种类不同而不同。通过成膜添加剂或锂盐增加其热稳定性。降低嵌入负极的锂与电解液反应热的途径包括以下两个方面：减少嵌入负极的锂和减小负极的比表面积。减少嵌入负极的锂是说在正负极的配比上一定要适当，负极要过量3％～8％左右。降低负极的比表面也可以有效改进电池的安全性，有文献报道，碳负极材料比表面从0.4m2·g–1增加到9.2m2·g–1时，反应速率增加了两个数量级。但如果比表面过低将会降低电池的倍率性能和低温性能。这需要通过合理的负极结构设计和电解液配方优化，提高锂离子在负极固相扩散速率和获得具有良好离子导电率的SEI膜。另外，尽管黏结剂在负极中的重量比十分小，但是其与电解液的反应热十分可观。因此，通过减少黏结剂的量或选择合适的黏结剂将有利于改善电池的安全性能。

文献通过对专利的分析也认为解决碳负极材料安全性的方法主要有降低负极材料的比表面积、提高SEI膜的热稳定性。在现有的国内专利申请中，改进负极材料及结构进而提高电池安全性能的相关技术。

 

 

专利文献中对负极材料及负极结构的改进研究

 

正极材料

常见的正极材料在温度低于650℃时是稳定的，在充电时处于亚稳定状态，温度升高时发生如下反应。

 

放出的氧气会使溶剂氧化：

 

 

正极是直接与电解液反应还是放出氧气后发生反应有确切的说法吗？

常见正极材料的DSC测试结果：

 

 

对正极材料热稳定性分析可得出以下几点结论：

第一，正极材料与溶剂的反应机理有待深入研究；

第二，正极的分解反应及其与电解液的反应放热量比较大，在大多数情况下是造成电池爆炸的主要原因；

第三，采用三元或LFP正极材料相对LCO可以提高电池的安全性。

电解液

锂离子电池电解液基本上是有机碳酸酯类物质，是一类易燃物。常用电解质盐六氟磷酸锂存在热分解放热反应。因此提高电解液的安全性对动力锂离子电池的安全性控制至关重要。

LiPF6的热稳定性是影响电解液热稳定的主要因素。因此，目前主要改善方法是采用热稳定性更好的锂盐。但由于电解液本身分解的反应热十分小，对电池安全性能影响十分有限。对电池安全性影响更大的是其易燃性。降低电解液可燃性的途径主要是采用阻燃添加剂。

目前，引起人们重视的锂盐有LiFSI［双（氟磺酸）亚胺锂］和硼基锂盐。其中，双草酸硼酸锂（LiBOB）的热稳定性较高，分解温度为302℃，可在负极形成稳定的SEI膜。LiBOB作为锂盐和添加剂可以改进电池的热稳定性。另外，二氟草酸硼酸锂（LiODFB）结合了LiBOB和四氟硼酸锂（LiBF4）的优势，也有希望用于锂电池的电解液中。

除了电解质盐的改进，还应采用阻燃添加剂改进电池的安全性能。电解液中的溶剂之所以会发生燃烧，是因其本身发生了链式反应，如能在电解液中添加高沸点、高闪点的阻燃剂，可改善锂离子电池的安全性。已报道的阻燃添加剂主要包括三类：有机磷系、氟代碳酸酯和复合阻燃添加剂。尽管有机磷系阻燃添加剂，具有较好的阻燃特性和良好的氧化稳定性，但其还原电位较高，与石墨负极不兼容，黏度也较高，导致电解液电导率降低和低温性能变差。加入EC等共溶剂或成膜添加剂可以有效提高其与石墨的兼容性，但降低了电解液的阻燃特性。复合阻燃添加剂通过卤化或引入多官能团能提高其综合性能。另外氟代碳酸酯由于其闪点高或无闪点、有利于在负极表面成膜、熔点低等特点，也具有较好的应用前景。

 

上图采用一种纳米级树枝状结构的高分子化合物（STOBA）对NCM（424）进行涂层，当锂电池发生异常，产生高温时，会形成一道薄膜阻隔锂离子间的流动，稳定锂电池，借以提高电池安全度。由下图可见，针刺实验时，正极材料未涂STOBA涂层的电池内部温度在几秒钟内升至700℃，而用STOBA涂层正极材料的电池温度最高只有150℃。

 

 

 

隔膜

目前，已商品化的锂离子电池隔膜主要有三类，分别为PP/PE/PP多层复合微孔膜、PP或PE单层微孔膜和涂布膜。广泛使用的隔膜主要为聚烯烃微孔膜，这种隔膜的化学结构稳定，力学强度优良，电化学稳定性好。

隔膜垂直方向上的机械强度越高，电池发生微短路的概率就越小；隔膜的热收缩率越小，电池的安全性能越好。隔膜的微孔关闭功能也是改进动力电池安全性的另一方法；凝胶类聚合物电解质具有较好的保液性，采用这种电解质的电池比常规液态电池具有更好的安全性；除此，陶瓷隔膜也可以改进电池的安全性。常见的国内专利文献对锂电池隔膜的制备和处理类型，见下表。

 

专利文献中对隔膜的改进情况

 

 

EIS由两层物质构成，内层主要成分是Li2CO3，而其外层主要成分是烷基碳酸锂如(CH2OCOLi)2等。当电池内部温度为80℃-120℃时，外层逐渐发生分解，放出热量生成气体，反应方程式如下。在SEI热解反应中，其反应温度和放热量与锂盐种类、溶剂组成、负极活物质及电池循环次数有关。

(CH2OCOLi)2→ Li2CO3+CH2=CH2+1/2O2+CO2

Li+ (CH2OCOLi)2→ 2Li2CO3+CH2=CH2

 

锂离子电池老化衰减机理与全生命周期安全性演变

 

锂离子电池的老化衰减外在表现为容量衰减和内阻增加，其内部的老化衰减机理包括正负极活性材料损失和可用锂离子损失等。

机理

锂离子电池的老化衰减外在表现为容量衰减和内阻增加，其内部的老化衰减机理包括正负极活性材料损失和可用锂离子损失等。

 

 

图4 锂离子电池老化衰减机

 

正极材料容量损失：主要因为过渡金属溶解、材料晶体结构混排、材料颗粒破裂、不可逆相变等引起。正极的过渡金属溶解不仅仅会导致正极材料损失，溶解的过渡金属还会穿过隔膜，在负极表面析出，加速负极SEI膜的形成。正极集流体和黏结剂在使用过程中会发生分解或腐蚀，造成正极材料颗粒接触不良，也会引起正极材料损失。除此之外，正极材料还有可能在高电压或高温下与电解液发生反应，表面生成钝化膜，并消耗电解液，引起正极活性材料损失，并会造成电解液减少和可用锂离子的消耗。

 

负极材料老化衰减：发生的反应主要为SEI膜的破裂/重新生成和溶剂分子共嵌等。石墨负极颗粒在充放电循环过程中随着锂离子的嵌入/脱出，会有一定程度的膨胀/收缩，造成颗粒表面的SEI膜疲劳破裂。SEI破裂后，负极材料与电解液接触，又会发生反应，生成新的SEI膜。SEI膜的破裂和重新生成会导致负极活性材料损失，并消耗可用锂离子和电解液，造成电池内阻增加。在低温充电或大倍率充电下，负极表面还可能有金属锂析出。析出的金属锂非常活泼，与电解液发生反应，引起可用锂离子损失和内阻增加。与正极类似，负极集流体和黏结剂在使用过程中也会发生分解和腐蚀。其中，在过放电等情况下，负极对锂电势会升高到3V以上，高于铜的溶解电位，造成铜集流体的溶解。溶解的铜离子会在正极表面析出，并形成铜枝晶。铜枝晶会穿过隔膜，造成内短路，严重影响电池的安全性能。

 

在不同的老化途径下，电池的老化衰减机理和外特性表现不尽相同，引起的安全性能变化也不相同。老化衰减途径可分为循环老化和储存老化两种。

 

循环老化对电池安全性能的影响

 

在常温/高温循环老化工况下，电池耐过充电、短路等电滥用的性能变差，主要表现为老化电池在过充电、短路等测试下发生起火、爆炸，未能通过测试，而新电池均能顺利通过上述测试。电池耐电滥用性能下降的主要原因为内阻的上升，导致电池在电滥用下的焦耳产热增加，更容易发生热失控。而研究表明，循环老化衰减前后，电池在针刺、挤压等机械滥用下的安全性能变化不大，表明电池的机械特性基本不随循环老化而发生变化。电池在常温/高温循环老化工况下热稳定性的变化情况与材料体系有关。部分研究表明，常温/高温循环老化后，电池在绝热热失控测试下的自产热起始温度Tonset和热失控温度TTR均有一定程度的下降，且自产热速率也轻微增加，表明循环老化后的电池在异常的温度冲击下更容易发生自产热和热失控；而也有部分研究表明，常温/高温循环后，电池的自产热速率降低，电池的热稳定性提高。造成这种区别的原因主要在于负极SEI膜在循环过程中的变化。循环过程中，部分电池的负极表面SEI膜的非稳态成分逐渐转化为稳态成分，SEI膜逐渐变得稳定，可以更好地保护石墨负极，提升了电池的热稳定性；而部分电池负极表面的SEI膜在循环过程中不断的破裂，重新生成新的不稳定的SEI膜，对石墨负极的保护作用逐渐衰弱，导致石墨负极在更低的温度下就开始与电解液发生反应，电池的热稳定性下降。部分电池在大倍率充电下会出现负极析锂，造成电池热稳定性下降。

 

在低温循环老化下，电池的安全性能会发生明显的变化，如表1 所示。研究表明，低温循环老化后，电池在绝热热失控测试下的自产热起始温度Tonset 会发生明显的下降，在正常的使用范围内（<50 ℃）便有可能发生自产热，且产热速率明显增加，电池的热稳定性急剧下降。低温循环老化后，电池热稳定性下降的主要原因是负极表面析锂，析出来的锂金属非常活泼，在较低的温度下便可以与电解液发生反应，造成电池自产热起始温度Tonset降低和自产热速率剧增，严重危害电池的安全。

 

储存老化对电池安全性能的影响

 

对于在常温/高温下储存老化的电池，研究表明，老化衰减后的电池在绝热热失控测试下，自产热起始温度Tonset 增加，自产热速率有一定程度的下降，且自产热起始温度Tonset的增加和自产热速率的下降随着储存时间的增加而更加明显，表明储存老化后的电池耐热滥用性能提升。储存老化后电池热稳定性的提升主要源于负极表面的SEI膜逐渐变得稳定，在储存工况下，负极的SEI膜不会发生破裂和重生，其中的非稳态成分在长时间的储存中逐渐转化为稳态成分，SEI膜稳定性提升，可以更好地保护石墨负极，提升了电池的热稳定性。然而，电池在储存老化过程中可能会产生气体，导致电池发生膨胀，影响电池的安全性。在过充电、短路等电滥用下，与循环老化类似，由于内阻的增加，电池的焦耳产热会增加，导致储存老化后电池的耐电滥用性能下降。

 

电池老化衰减机理与安全性能演变的关系

 

基于现有研究，通过分析不同老化途径下，电池内部的老化衰减机理及其引起电池安全性能变化的作用机制，可以总结得到电池老化衰减机理与安全性能变化之间的关系，如下表所示。

 

 

表2 电池老化衰减机理与安全性能演变的关系

 

正极：正极材料老化衰减机理包括晶体结构混排、表面形成钝化膜、过渡金属溶解等。其中，正极材料的晶体结构在循环过程中有可能发生混排，变得不稳定，会引起正极材料热稳定性下降，在较低的温度下便开始分解产氧，影响电池的热失控温度TTR，导致电池热稳定性下降。而正极表面形成钝化膜会增加电池的内阻，导致电池充放电过程中的焦耳热增加，耐过充电能力下降。正极的过渡金属离子溶解不仅仅会导致正极活性材料损失，溶解的过渡金属离子还会穿过隔膜，在负极表面析出，加速负极SEI 膜的形成和稳定，有助于提升电池热稳定性。正极的老化会导致活性材料的损失，在过充电过程中，在过充入较少的电量下便有可能完全脱锂产氧，导致电池的耐过充能力下降。

 

负极：负极一大问题是表面析锂。析出的金属锂非常活泼，在很低的温度下（<50 ℃）便开始与电解液发生反应，引起电池自产热起始温度Tonset的明显下降和自产热速率的快速上升，严重危害电池的安全性。而负极表面稳定的SEI膜的形成则有助于保护石墨负极，提升电池的热稳定性。另外，负极活性材料的损失会使得电池在过充电过程中更早地开始析锂，削弱电池的耐过充能力。

 

其它：电解液在老化过程中可能会发生氧化分解，产生气体，导致电池内压增加甚至体积膨胀，在安全测试过程中更加容易发生喷阀，降低电池的安全性。而电池的内阻在老化过程中会由于电解液消耗、电极表面钝化膜增厚、黏结剂/导电剂失效等原因而不断增加，导致电池充放电过程中的焦耳热增加，耐过充电能力下降。在老化过程中，铜集流体溶解并析出、隔膜老化等均会增加电池发生内短路的概率，降低电池的安全性。对于内部极片为卷芯结构的电池，卷芯在老化过程中会产生应力，进一步发生变形，导致各处的电解液浸润程度、电导率等产生差异，引起电流分布不均，容易发生局部析锂，并导致局部热点增加，降低电池的热稳定性。

 

总体而言，老化电池的耐过充能力会有一定程度的下降，主要由于内阻增加和正负极活性物质的减少，导致电池过充电过程中焦耳热增加，在更少的过充电量下便可能触发副反应，引发电池热失控。而在热稳定性方面，负极析锂会导致电池热稳定性的急剧下降。

 

锂离子电池的热失控通常由机械滥用、电滥用或热滥用等引发，电池内部会相继发生SEI膜分解反应、负极与电解液反应、正负极氧化还原反应等。当锂电池不断老化时，电池内部的副反应（SEI膜增厚、负极析锂、电解液氧化等）会引起电池容量的衰减和内阻的增加，而且导致电池的安全性能（耐热性能、耐过充性能等）也发生变化。

 

在常温/高温循环老化下，由于内阻的上升，电池在充放电下焦耳热增加，耐电滥用性能下降，电池热稳定性也会有一定程度的变化，变化规律与电池的材料体系和工艺水平相关；

 

在常温/高温储存老化下，电池的耐电滥用性能也会降低，但由于负极的SEI膜在储存过程中稳定性提升，电池的热稳定性会得到提升；在低温循环老化下，电池的热稳定性会急剧下降，主要原因是负极析锂，析出的锂金属非常活泼，在较低的温度下便可以与电解液发生反应，造成电池自产热温度Tonset降低和自产热速率剧增，严重危害电池的安全性。

 

 

工艺设计与热失控

 

电池的生产工艺非常复杂，即使进行严格控制，也不能完全避免生产过程中的金属杂质或毛刺。若电池内部出现杂质、毛刺或枝晶，经过放大和恶化导致电导率升高，温度上升，化学反应和放电发热所产生的热量不断累积，最终可能造成电池的热失控。

 

负极容量不足

当正极部位对面的负极部位容量不足，或是根本没有容量时，充电时所产生的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中，会析在负极的表面，形成突起状“枝晶”，而下一次充电时，这个突起部分更容易造成锂的析出，经过几十至上百次的循环充放电后，“枝晶”会长大，最后会刺穿隔膜纸，使内部产生短路。电芯急剧放电，产生大量的热，烧坏隔膜，而造成更大的短路现象，高温会使电解液分解成气体，负极碳和隔膜纸燃烧，造成内部压力过大，当电芯的外壳无法承受这个压力时，电芯就会爆炸。

水份含量过高

水份可以和电芯中的电解液反应，生产气体，充电时，可以和生成的锂反应，生成氧化锂，使电芯的容量损失，易使电芯过充而生成气体，水份的分解电压较低，充电时很容易分解生成气体，当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大，当电芯的外壳无法承受时，电芯就会爆炸。

内部短路

由于内部产生短路现象，电芯大电流放电，产生大量的热，烧坏隔膜，而造成更大的短路现象，这样电芯就会产生高温，使电解液分解成气体，造成内部压力过大，当电芯的外壳无法承受这个压力时，电芯就会爆炸。

激光焊时，热量经壳体传导到正极耳上，使正极耳温度高，如果上部胶纸没有隔开正极耳及隔膜，热的正极耳就会使隔膜纸烧坏或收缩，造成内部短路，而形成爆炸。

高温胶纸包住负极耳

在负极耳点焊时，热量传导到负极耳上，如果高温胶纸未贴好，负极耳上的热量就会烧坏隔膜，造成内部短路，形成爆炸。

贴底部胶未完全包住底部

客户在底部铝镍复合带处点焊时，会在底部壳壁产生大量的热，传导极芯的底部，如果高温胶纸未完全包住隔膜，会烧坏隔膜，造成内部短路，形成爆炸。

过充

电芯过充电时，正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化，而放出的锂过多也容易无法插入负极中，也容易造成负极表面析锂，而且，当电压达到4.5V以上时，电解液会分解生产大量的气体。上面种种均可能造成爆炸。

外部短路

外部短路可能由于操作不当，或误使用所造成，由于外部短路，电池放电电流很大，会使电芯的发热，高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏，造成内部短路，因而爆炸。

负极容量不足的工位

负极包不住正极，正负极分档配对错误，负极压片时压死，负极颗粒，负极露箔，负极凹点，负极划痕，负极暗痕，负极涂布不均，正极头尾部堆料，正极涂布不均，正极敷料量偏大，正负极搅拌不均，负极来料容量偏低，正极来料容量偏高，负极容量不足。

水份含量过多的工位

封口太慢而吸潮，陈化时吸潮，电解液水份含量过大，注液前烘烤未烘干或吸潮，组装烘烤时未烘干，涂布时正负极未烘干，正极打胶配料时吸潮，正极烘烤不充分，水份含量过高。

内部短路的工位

贴底部胶未完全包住底部，高温胶纸包住负极耳，上部胶位置不对，烘烤时温度太高烘坏隔膜，激光焊短路电芯未检出，组装微短路电芯下流，组装短路电芯未检出，压扁时压力太大，隔膜纸有砂眼，卷绕不齐，负极铆焊未拍平，有毛刺，正负极分小片毛刺，正负极分小片掉料，内部短路。

过充可能的工位

用户使用时充电器电压偏大，检测时个别点电压偏大，检测时电流设置过大，电芯容量不足，预充柜个别点电流过大，预充时电流设置过大，过充。

外部短路可能的工位

保护线路板失效，用户在使用时正负极短路，电芯在周转过程中打火，上电芯未对好，造成正负极接触，外部短路。

 

防止锂离子电池爆炸的措施

 

锂离子电池安全性问题是个复杂的综合性问题。电池安全性最大的隐患是电池随机发生的内短路，产生现场失效，引发热失控。所以开发和使用热稳定性高的材料是将来改善锂离子电池安全性能的根本途径和努力的方向。

 

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 ,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。

此外,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。