鉅大LARGE | 點擊量：973次 | 2022年04月18日
鋰電池熱失控問題如何解決
高能量密度的鋰離子電池價格昂貴，重要是因為當電池不斷充電時，電池材料會發生降解，其所釋放的能量會讓電池溫度升高，使電池著火，出現安全問題。在電池不斷充電和再充電過程中，氧氣會從電池材料表面釋放出來。在此過程中，鋰離子從內部到外部的運輸通道可能會被隨氧氣釋放出現的金屬鎳粉塵堵塞。當運輸通道被堵塞時，想要進出電池內外的鋰離子將無法轉移，從而導致電池容量快速下降。隨著熱量的新增，電池起火和爆炸的可能性也會新增。
德克薩斯大學達拉斯分校研究團隊發現，在電池正極表面添加一層經過設計的氧化物涂層，既可以解決電池過熱問題，也可以將電池容量提高20%至30%，改造后的電池可以耐受更長的充電時間。
基于上述熱失控問題的新發現，該研究團隊已開始研發用于電動汽車的新型電池正極材料，以解決鋰離子運輸通道的堵塞問題，同時與美國海軍研究實驗室合作，進一步研究提高電池正極材料的富鋰容量和電池安全性問題。2.1外部管理
1）PTC（正溫度系數）元件：在鋰離子電池中安裝PTC元件，其綜合考慮了電池內部的壓力和溫度，當電池因過充而升溫時，電池內阻迅速提高從而限制電流，使正負極之間的電壓降為安全電壓，實現對電池的自動保護功能。
2）防爆閥：當電池由于異常導致內壓過大時，防爆閥變形，將置于電池內部用于連接的引線切斷，停止充電。
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%
3）電子線路：2~4節的電池組可以預埋電子線路設計鋰離子保護器，防止過充及過放電，從而防止安全事故發生，延長電池壽命。
當然這些外部控制方法都有一定效果，但這些附加裝置新增了電池的復雜性和生產成本，也不能徹底解決電池安全性問題。因此，有必要建立一種內在的安全保護機制。
2.2改進電解液體系
電解液作為鋰離子電池的血液，電解液的性質直接決定了電池的性能，對電池的容量、工作溫度范圍、循環性能及安全性能都有重要的用途。目前商用鋰離子電池電解液體系，其應用最廣泛的組成是LiPF6、碳酸乙烯酯和線性碳酸酯。前面兩個是不可或缺的成分，它們的使用也出現了電池性能方面某些局限，同時電解液中使用了大量低沸點、低閃點的碳酸酯類溶劑，在較低的溫度下即會閃燃，存在很大的安全隱患。因此，許多研究者嘗試改進電解液體系以提高電解液的安全性能。在電池的主體材料（包括電極材料、隔膜材料和電解質材料）在短時間內不發生顛覆性改變的情況下，提高電解液的穩定性是增強鋰離子電池安全性的一條重要途徑。
2.2.1功能添加劑
功能添加劑具有用量少、針對性強的特點。即在不新增或基本不新增電池成本、不改變生產工藝的情況下能顯著改善電池的某些宏觀性能。因此，功能添加劑成為當今鋰離子電池領域一個研究熱點，是解決目前鋰離子電池電解液易燃問題最有希望的途徑之一。添加劑的基本用途就是阻止電池溫度過高和將電池電壓限定在可控范圍內。因此，添加劑的設計也是從溫度和充電電位發揮用途的角度進行考慮的。
阻燃添加劑：阻燃添加劑又可以根據阻燃元素的不同分為有機磷系阻燃添加劑、含氮化合物阻燃添加劑、鹵代碳酸酯類阻燃添加劑、硅系阻燃添加劑以及復合阻燃添加劑５個重要類別。
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