基于上述有关锂离子电池安全问题的分析,可以从以下3个方面来提高锂离子电池的安全性:一是改善电极材料的热稳定性,积极提高电池本身性能;二是改进锂离子电池电解液,使用安全型的电解液;三是通过外部手段,优化锂离子电池的设计和管理等,对锂离子电池充放电过程进行实时监控和异常问题的及时处理,保证锂离子电池的使用安全。
1.改善电极材料的热稳定性
一般而言,电池材料的热稳定性是锂离子动力锂电池安全性的根源。故要从根本上改善锂离子电池的安全问题,还要从电池材料本身的热稳定性出发。
(1)正极材料
研究表明,在高温条件下,正极材料和电解液之间的反应是引起电池安全问题的重要原因之一。因此,寻找热稳定性较好的正极材料是改善锂离子电池安全性的有效手段。
(2)负极材料
早期负极材料直接采用金属锂,金属锂具有价格低廉和比容量高等优点。但是,以金属锂组装的电池热稳定性很差,在多次充电过程中易出现锂枝晶,会刺破隔膜导致短路、甚至发生爆炸[11]。嵌锂化合物的使用有效地防止了锂枝晶的出现,从而大大提高了锂离子电池的安全性。目前负极材料的研究重要集中在碳基材料、锂的锡或硅合金、氮化物、氧化物和Li4Ti5O12等体系。
碳基材料是当前锂离子电池使用的负极材料,重要包括石墨、碳纤维、中间相碳微球(MCMB)和硬炭等。碳基材料充放电过程中锂离子从碳颗粒中嵌入和脱出,减少了出现锂枝晶的可能,从而提高了锂离子电池的热稳定性。2.使用安全型锂离子电池电解液电解液在锂离子电池的正、负极之间起着输送锂离子(Li+)的用途。电解液几乎参与了电池内部发生的所有反应,不仅包括电解液与负极材料、正极材料之间的反应,同时也包括电解液自身的分解反应。可见,电解液的热稳定性对锂离子电池安全性起着至关重要的用途。因此,安全型电解质体系为人们所关注,并成为锂离子电池电解质研究和开发的热点。