鉅大LARGE | 點擊量：716次 | 2021年04月14日
有什么重要因素影響普通鋰離電池的安全性的？
1）電極材料特性，比如在大電流下工作有可能出現(xiàn)鋰枝晶，從而刺破隔膜導(dǎo)致短路破壞；
2）電解液為有機液體，在高溫下發(fā)生副反應(yīng)、氧化分解、出現(xiàn)氣體、發(fā)生燃燒的傾向都會加??；
3）電池質(zhì)量參差不齊，尤其是小廠家的電池安全性能不達標；
4）電池管理系統(tǒng)不合格，造成電池的過充放，導(dǎo)致危險的發(fā)生。
（用剪刀減掉電池一角后，仍然能夠安全、正常工作的柔性全固態(tài)電池）
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而假如采用了全固態(tài)電池技術(shù)，以上的1和2兩點問題就可以直接得到解決，而且所得的電池的最高工作溫度可以從現(xiàn)在的40度提升到更高，這樣就可以使電池的適應(yīng)工作溫度區(qū)間更寬，應(yīng)用范圍也會更廣。安全性，其實是全固態(tài)電池領(lǐng)域發(fā)展的最根本驅(qū)動力之一。
以上說了全固態(tài)電池的種種優(yōu)點。實際上，這個世界上沒有完美無缺的事物，關(guān)于一種技術(shù)的報道我們認為不應(yīng)該只報喜，不報憂。因此在這里也必須介紹一下全固態(tài)電池的幾個缺點。鋰離子電池的內(nèi)部組成重要為正極｜電解質(zhì)｜隔膜｜電解質(zhì)｜負極，在此基礎(chǔ)上再進行極耳的焊接，外包裝的包裹等步驟最終形成一只完整的電芯。電芯再經(jīng)過初始的充放電，化成分容排氣等步驟以后，就可以出廠使用了。這個過程的第一步，是材料的選擇。影響材料的安全性因素重要是其本征的軌道能量、晶體結(jié)構(gòu)和材料的性狀。
正極材料
正極活性材料在電池中的重要用途是貢獻比容量和比能量，其本征電極電勢對安全性有一定的影響。例如，近年來，我國已經(jīng)將低電壓材料LiFePO4（磷酸鐵鋰）作為動力鋰電池的正極材料廣泛應(yīng)用于交通工具（例如混合式動力車HEV,電動汽車EV）和儲能設(shè)備（例如不間斷電源UPS）中，但是LiFePO4在眾多材料中所展現(xiàn)出來的安全性優(yōu)勢實際是以犧牲能量密度為代價的，也就是說會制約其使用者（如EV,UPS）的續(xù)航能力。而像NMC(LiNixMnyCo1-x-yO2)等三元材料雖然在能量密度上表現(xiàn)優(yōu)異，但是作為動力鋰電池的理想正極材料，安全性問題一直得不到完善的解決。為了研究正極材料的熱行為，研究者們都做了很多工作，發(fā)現(xiàn)本征電極電勢和晶體結(jié)構(gòu)是影響其安全性的重要因素，如電極電位μC和電解液的電化學窗口最高占據(jù)軌道HOMO是否完美匹配，晶格中能否順利同時通過多個鋰離子……通過對材料種類的選擇和元素的摻雜可以增強正極活性材料的安全性能。
負極材料
負極活性材料對安全性能的影響重要來自于其本征的軌道能量和電解質(zhì)LUMO,HOMO的配置關(guān)系。在快充的過程中，鋰離子通過SEI（固態(tài)電解質(zhì)界面）膜的速度可能比鋰在負極的沉積速度慢，鋰的支晶會隨著充放電循環(huán)而不斷生長，可能導(dǎo)致內(nèi)短路而引燃可燃性的電解質(zhì)發(fā)生熱失控，這一特性限制了負極在快充過程中的安全性。只有在以含碳材料作為緩沖層的鋰合金的負極電動勢和鋰的電動勢之差小于-0.7Ev，即μA<μLi0.7eV的情況下，才能保證鋰的沉積不會造成短路。出于安全性的考慮，動力鋰電池應(yīng)采用電動勢小于1.0eV（相關(guān)于Li+/Li0）的負極材料實現(xiàn)安全的快充或者能夠?qū)崿F(xiàn)將充電電壓控制在遠低于鋰的沉積電位的范圍內(nèi)。Li4Ti5O12在快充和快放領(lǐng)域有安全性的優(yōu)勢，原因是其電動勢為1.5eV（相關(guān)于Li+/Li0），低于電解質(zhì)的LUMO。還有一種負極材料Ti0.9Nb0.1Nb2O7，它可以在1.3V1.6V（相關(guān)于Li+/Li0）的電壓下快速充放30周以上，并且擁有300mAhg1的比容量，高于LTO。在放電的過程中因為不存在鋰離子通過SEI膜和在負極上沉積的速度競爭，所以快放過程是安全的。
