影响锂离电池安全性的因素有哪些？

1）电极材料特性，比如在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；

 

2）电解液为有机液体，在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧；

 

3）电池质量参差不齐，尤其是小厂家的电池安全性能不达标；

 

4）电池管理系统不合格，造成电池的过充放，导致危险的发生。

 

而如果采用了全固态电池技术，以上的1和2两点问题就可以直接得到解决，而且所得的电池的最高工作温度可以从现在的40度提升到更高，这样就可以使电池的适应工作温度区间更宽，应用范围也会更广。

 

安全性，其实是全固态电池领域发展的最根本驱动力之一。2. 电芯材料的选择

 

锂离子电池的内部组成主要为正极｜电解质｜隔膜｜电解质｜负极，在此基础上再进行极耳的焊接，外包装的包裹等步骤最终形成一只完整的电芯。电芯再经过初始的充放电，化成分容排气等步骤以后，就可以出厂使用了。这个过程的第一步，是材料的选择。影响材料的安全性因素主要是其本征的轨道能量、晶体结构和材料的性状。

 

2.1 正极材料

 

正极活性材料在电池中的主要作用是贡献比容量和比能量，其本征电极电势对安全性有一定的影响。例如，近年来，中国已经将低电压材料LiFePO4（磷酸铁锂）作为动力电池的正极材料广泛应用于交通工具（例如混合式动力车HEV,电动车 EV）和储能设备（例如 不间断电源UPS）中，但是LiFePO4在众多材料中所展现出来的安全性优势实际是以牺牲能量密度为代价的，也就是说会制约其使用者（如EV,UPS）的续航能力。而像NMC (LiNixMnyCo1-x-yO2)等三元材料虽然在能量密度上表现优异，但是作为动力电池的理想正极材料，安全性问题一直得不到完善的解决。为了研究正极材料的热行为，研究者们都做了很多工作，发现本征电极电势和晶体结构是影响其安全性的主要因素，如电极电位μC和电解液的电化学窗口最高占据轨道HOMO是否完美匹配，晶格中能否顺利同时通过多个锂离子……通过对材料种类的选择和元素的掺杂可以增强正极活性材料的安全性能。

 

2.2 负极材料

负极活性材料对安全性能的影响主要来自于其本征的轨道能量和电解质LUMO,HOMO的配置关系。在快充的过程中，锂离子通过SEI（固态电解质界面）膜的速度可能比锂在负极的沉积速度慢，锂的支晶会随着充放电循环而不断生长，可能导致内短路而引燃可燃性的电解质发生热失控，这一特性限制了负极在快充过程中的安全性。只有在以含碳材料作为缓冲层的锂合金的负极电动势和锂的电动势之差小于-0.7Ev，即μA <μLi−0.7 eV的情况下，才能保证锂的沉积不会造成短路。出于安全性的考虑，动力电池应采用电动势小于1.0eV（相对于Li+/Li0）的负极材料实现安全的快充或者能够实现将充电电压控制在远低于锂的沉积电位的范围内。例如，如图3所示的Li4Ti5O12在快充和快放领域有安全性的优势，原因是其电动势为1.5eV（相对于Li+/Li0），低于电解质的LUMO。还有一种负极材料Ti0.9Nb0.1Nb2O7，它可以在1.3≤V≤1.6V （相对于 Li+/Li0）的电压下快速充放30周以上，并且拥有300mAhg−1的比容量，高于LTO。在放电的过程中因为不存在锂离子通过SEI膜和在负极上沉积的速度竞争，所以快放过程是安全的。

 

2.3 电解质和隔膜

 

电解质和隔膜对安全性的影响主要是其性状。

 

目前广泛使用的商用电解质的可燃性和液体状态对安全性来讲不是特别理想的选择。如果采用锂离子电导率σLi+>10−4 Scm−1的固态电解质，就可以一方面阻止锂支晶刺破隔膜到达正极从而解决安全性问题，另一方面也可以解决负极与碳酸盐电解质接触和正极与水性电解液接触时产生的稳定性问题。当然，通过使用拥有更宽的电化学窗口（尤其是LUMO更高）的电解液，在电解质里添加一些阻燃材料，将混合的离子液体和有机液体电解质改性成为不易燃的电解液（与此同时离子传导率σLi也不会降低太多）等手段也可以有效地提高安全性。

 

隔膜的机械强度（抗拉伸和穿刺强度）、孔隙率和是否具备关闭功能是决定其安全性的重要依据。