摘要：随着科学技术的进步，锂离子电池得到推广与应用，是现阶段理想的动力和电能储存的电源体系。但是因为其具有一定的安全问题，其高容量和功率成为行业发展瓶颈。对此，研发安全保护技术，提升其安全性成为行业重要研究课题。对此，笔者就锂离子的安全性技术进行简要分析。
关键词：锂离子电池，安全性技术；研究分析
锂离子电池被广泛应用与各行业中，如：电动汽车、光伏项目等。因为应用环境的不同，锂离子电池具有一定的爆炸、燃烧安全隐患，进而影响锂离子电池的发展。根据现阶段锂离子电池不安全性分析，短路、挤压、震动、碰撞、高温等都有可能造成危险事故。因此，提升锂离子电池安全性成为关键。
一、锂离子电池安全影响因素
锂离子电池安全性能较差，加之生活中使用不当将会造成安全危险。因为锂离子电池造成的危险事故主要影响因素为锂离子电池的爆炸与燃烧，导致电池发生燃烧和爆炸的因素主要有以下几点：
（一）正极分解
正极活性物质易导致分解反应，释放氧气，氧气和有机电解液出现氧化，释放热量。或是正极活性物质和电解液出现反应，释放热量。如果电池应用不当，如果内部短路则会出现强烈的氧化反应进而生成热量。
（二）负极和电解液
负极外层的绝缘保护膜能够阻隔负极和电解液作用。如果温度在120℃以上，保护膜出现分解而不能达到隔离效果，进而造成负极嵌入的锂和电解液出现反应释放出热量。
3)电解液分解
电解液的热稳定性不够，高温条件下容易发生分解，导致热失控。有机溶剂通常极易燃烧，特别是电解液中的线型碳酸酯具有较高的蒸气压和较低的闪点，锂离子电池因此在安全性上背上了沉重的负担。
4)隔膜失去作用
如果隔膜质地不均匀，存在斑点，那么锂枝晶很容易在不均匀的区域堆积，并有可能刺穿缺陷隔膜，导致正负极发生短路，导致锂电池出现缺陷，甚免发生安全事故。当隔膜失去作用，SEI膜是亚稳态的，在90～120℃容易发生分锯放热，无法阻断负极与电解液的接触，致使嵌入的负极锂与电解液发生放热反应。
5)保护装置未作用
电池的卸匿阀(或称为安全阀)失效，或者是未能及时的开启，导致电芯内部压力过大，引发电芯气胀、爆炸等。
电路保护板失效，导致电芯在使用过程中出现过充、过放等，引起电池失效导致安全性问题。
二、锂离子电池安全失控机理
热失控（Thermal Runaway），指的是单体蓄电池放热连锁反应造成电池温度升高使得过热、着火、爆炸等问题。热失控扩散主要是蓄电池包内的单体蓄电池单元热失控，同时接触到蓄电池包内的单体蓄电池单元热失控问题。
锂离子电池失控时，在不同温度环境下材料分化和材料化学反应放热成为电池爆炸的主要影响因素。其锂离子电池安全失控机理为：因为内部短路、温度升高，电池主体在大电流充电、放电过程中过热，造成电池温度提高至90--100摄氏度。锂盐LiPF6逐渐分化，同时电极材料外层SEI膜出现分化。同时，释放较多热量使得温度提高到110--120℃。因为负极固体电解质界面膜损坏，所以丧失保护的LiC6和溶剂、粘接剂出现放热反应，进而使得电池温度提高到150摄氏度。该温度条件下，出现剧烈放热反应，比如：电解质分化，形成PF5，PF5得到催化有机溶剂出现分化反应。
当隔膜温度达到150--200℃，电池中聚烯烃隔膜发生变化，造成电池短路放热，电池温度提升催化了内部化学反应。电池升温至180--300摄氏度时，充电正极材料逐渐出现剧烈分化反应，电解液出现强烈氧化反应，产生较多热量造成温度提高，造成电池爆炸。
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三、锂离子电池的安全性技术
安全性能是锂离子电池，特别是锂离子动力电池所关心的焦点问题。锂离子电池与金属锂二次电池相比，在安全性能方面有了很人的提高，但在实际应用中仍然存在许多隐患。锂离子电池在滥用的条件下有可能达到使铝集流体熔化的高温(>700℃)，从而导致电池出现冒烟、着火爆炸、乃至人员受伤等情况。因此，锂离子电池安全性能方面的研究，对扩大锂离子电池的商品化程度，保证使用过程中人员的安全是非常重要的。综合不同影响因素与锂离子电池特征还需要从几方面入手：
第一，提升电极材料稳定性
负极能够选择安全性较好的中心相碳微球取缔常规石墨，MCMB与Li4Ti5O12相比于石墨材料有着较强的充放电平台，热稳定性较高、安全性好。首先，负极材料外层包含一层无定形炭组成保护膜。其次，在电解液内融入成膜添加剂，让电池在活化电机材料外层要构成较强的稳定性SEI保护膜，让电解液有良好的稳定性。
第二，使用安全性锂离子电池电解液
现阶段，锂离子电池电解液中包含较多应用碳酸酯，线型碳酸酯能够提升电池使用时间与放电容量。不过，其闪电低。提升电池电解液安全性可以通过3种途径：第一，使用闪点高溶剂，例如：氟代溶剂用于电解液。第二，应用阻燃电解液。阻燃电解液也是现阶段解决锂离子电池安全性的可观方法。最后，在室温环境下不挥发、不燃烧离子液体作为溶剂。离子液体在常温环境下完全由离子组成有机液态物质，离子液体呈现电导率大、液态温度范围较大、不易挥发、不易燃烧。把离子液体使用在锂离子电池电解液可以提升锂离子安全性
第三，使用陶瓷涂覆隔膜
陶瓷复合隔膜是在聚烯烃微孔膜的基础上，以高性能锂离子电池的需求为基础而发展起来。顾名思义，隔膜结构中既包括有机材料，也包括无机陶瓷材料。有机材料赋予复合隔膜足够的柔韧性，满足锂离子电池装配工艺的要求，同时与聚烯烃类隔膜相似，在高温条件下，有机组分熔融而堵塞隔膜孔道，赋予复合隔膜闭孔功能，在一定程度上防止 电池短路；无机材料分布在复合隔膜的三维结构中，形成特定的刚性骨架，凭借极高的热稳定性可有效 防止隔膜在热失控条件下发生收缩、熔融；同时无 机材料，特别是陶瓷材料热传导率低，进一步防止 电池中的某些热失控点扩大形成整体热失控，提高电池的安全性；
第四，氧化还原电对穿梭剂
其作用原理是：当电解液内参入高度氧化还原可逆性的电对。如果电池在标准充放电电压范围中，电对添加剂分析不参与电极反应，同时处于还原状态。如果电池在过充电情况下，其电压在电对的氧化电势过程中，还原态的电对处于正极外层得出电子被电化学氧化成氧化态，氧化态的电对立即分散至负极将重新还原。该种重复氧化还原旁路掉外部充电电流，让电池电压控制在有效范围中，抑制电池电压失控。
结语：
综合分析，伴随着经济全球化的加快与资源需求量的增加，锂离子电池在便携式电子产品和通讯工具中得到了广泛的应用，并且被逐步应用到动力型电源领域。锂离子电池有着较高的循环使用时间、质量轻、体积小、能量密度高等优点，已经成为现阶段较为理想的新能源产品，被广泛应用在各行业中。所以，必须制定有效方法让锂离子电池提高安全性能，进而发挥有效作用，使其真正成为安全、可靠、环保的绿色能源。
参考文献：
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[5]杨杰,张凯庆.国内外锂离子动力电池安全性技术标准对比分析[J].客车技术与研究,2015(02).
论文作者:何林兵,陈丽霞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/4
标签：电解液论文; 锂离子电池论文; 电池论文; 隔膜论文; 负极论文; 安全性论文; 温度论文; 《电力设备》2017年第22期论文;