> 光達(dá)首頁 > 行業(yè)新聞 影響鋰離子電池電解液安全性能的因素及改善途徑
2018-03-19
鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬、自放電小、無記憶效應(yīng)和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，自誕生以來廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品和小型電動工具等設(shè)備中。近年來，隨著能源危機(jī)的加劇和自然環(huán)境的日益惡化，鋰離子電池在電動汽車及儲能設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸受到重視，但由于鋰離子動力電池的自燃、爆炸已導(dǎo)致多起電動汽車及混合動力汽車的自燃、爆炸事故，這嚴(yán)重制約了鋰離子電池在新能源領(lǐng)域的推廣速度。鋰離子電池產(chǎn)生安全問題與電池電材料、電解液材料、制造工藝、保護(hù)裝置、使用環(huán)境都有直接的關(guān)系，而電解液是鋰離子電池產(chǎn)生安全問題的一個重要因素。
本文就引起鋰離子電池電解液安全問題的因素進(jìn)行了分析，并提出了改善其安全性能的幾個途徑。
1、 影響鋰離子電池電解液安全性能的分析
1.1 熱失控
電池在發(fā)生短路、過流或過充等濫用狀況時很容易引起電池的熱失控，熱失控會導(dǎo)致電池的燃燒甚至爆炸，造成一系列危險(xiǎn)事故的發(fā)生。從結(jié)構(gòu)分析，鋰離子電池主要由正、負(fù)、隔膜、電解液和殼體構(gòu)成，其中電解液為易燃液體，當(dāng)發(fā)生熱失控時，電解液與正、負(fù)以及自身均發(fā)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，幾乎參與了鋰電池內(nèi)部的所有反應(yīng)。
1.2電壓失控
由于充電器不匹配、電池性能不一致等原因易造成電池的過充，電池過充會導(dǎo)致正材料過度脫鋰造成結(jié)構(gòu)的塌陷、石墨負(fù)表面發(fā)生還原反應(yīng)形成枝晶鋰、電解液中自由傳導(dǎo)的鋰離子數(shù)量減少，最終導(dǎo)致鋰離子電池放電效率的降低和容量的衰減。而當(dāng)枝晶鋰積累到一定程度會刺穿隔膜，造成電池內(nèi)部微短路，形成自放電現(xiàn)象，積累到一定程度會導(dǎo)致電池燃燒爆炸。
常規(guī)鋰離子電池的充電上限電壓一般低于4.3V，即使高電壓電池也不高于5V，電池過充會造成電壓值超過電解液的電化學(xué)窗口，導(dǎo)致電解液氧化分解,釋放出遠(yuǎn)高于正常充放電條件下產(chǎn)生的熱量，若反應(yīng)生成氣體的蒸氣壓超過電池外殼承受能力會導(dǎo)致外殼的破裂，引起空氣與枝晶鋰發(fā)生激烈氧化反應(yīng)，最終導(dǎo)致電池的燃燒爆炸。
2、鋰離子電池電解液安全性能的改善途徑
2.1提高抗過充性
目前常用的過充保護(hù)添加劑有兩種：一種是電聚合添加劑，另外一種是氧化還原電對添加劑。
2.2提高阻燃性
添加阻燃添加劑是提高電解液阻燃性能的有效途徑之一，阻燃型添加劑可使易燃的有機(jī)電解液變成難燃或不可燃的電解液。阻燃型添加劑主要有磷系阻燃劑、鹵系阻燃劑和復(fù)合阻燃劑。
2.3提高穩(wěn)定性
一些新型有機(jī)鋰鹽具有良好的電化學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定性，應(yīng)用于鋰離子電池電解液中可以起到較好的效果。雙草酸硼酸鋰（LiBOB）和二氟草酸硼酸鋰（LiODFB）熱化學(xué)性能穩(wěn)定，分解溫度分別為302℃和240℃，還原電位高（約1.6V vs.Li+/Li），會優(yōu)先在負(fù)表面分解形成SEI膜，當(dāng)與LiPF6做為混鹽或添加劑使用時，可有效改善電池的循環(huán)壽命及高低溫性能。有機(jī)磺酸鹽如二（三氟甲基磺酰）亞胺鋰（LiTFSI）和雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）具有抗氧化性好、熱穩(wěn)定性高，無毒，對水不敏感等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于鋰電池電解液中，可有效改善電池的高溫、循環(huán)及安全性能。
鋰離子電池具有較高的反應(yīng)活性，在電池發(fā)生電壓失控、熱失控等情況下易發(fā)生燃燒爆炸等事故。電解液是影響鋰離子電池安全性能的一個重要因素，安全型鋰離子電池電解液的開發(fā)對鋰離子電池向高容量、高倍率、高電壓方向發(fā)展具有重要的意義，也必將進(jìn)一步拓寬鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域。光達(dá)化工鋰離子電池必將為行業(yè)注入新的力量、新的科技。
