锂离子电池安全性因素.pdfVIP

维普资讯 第 8卷 第 3期 电化 学 V01．8 NO．3 2002年 8月 ELECTRCg．ZHEM ISTRY Aug．2002 文章编号 ：1006—3471(2002)03—0245—07 影响锂离子 电池安全性的因素 胡广侠 ，解晶莹 (中国科学院上海微系统与信息技术研究所能源室，上海 200050) 摘要 ： 锂离子电池的安全性一直是锂离子电池，特别是大型锂离子电池研制、生产、使用中的关 键性 问题，通过对锂离子 电池的材料、制造工艺以及使用条件等方面的探讨 ．分析影响锂离子二次 电池安全性的各种因素 ． 关键词 ： 锂离子电池；安全性；材料；制造工艺；使用条件 中图分类号： TM911 文献标识码 ： A 随着信息技术的蓬勃发展，以及对环保重视程度 的不断提高，人们需要能量高、体积小、 重量轻、安全可靠的电源作为便携式 电子产品(如：移动 电话、PDA、手提 电脑等 )和 电动车辆 的 动力源 ．锂离子二次 电池以其高 比能量(100～130Wh·kgI1)、高 电压 (单体 电池 36V)、体积 小、重量轻、安全性好等优点，近十年来获得 r巨大的发展，已成为通讯类 电子产品的主要能源 之一 ．目前，国内外一些研究单位和生产厂家 已开始研究和生产高容量的大型锂离子电池及其 电池组，为电动车 、航空航天器 、大 中型通讯装置提供动力 ．虽然，锂离子二次 电池 的安全性相 对于金属锂二次电池有了很大的提高，但仍存在着许多隐患，譬如 ：由于电池的比能量高，且 电 解液大多为有机 易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性 问 题 [11．根据 Ph．Biensan等[]的研究证 明：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 ．因此对锂 离子电池 的研制和生产来说 ，电池 的安全性不仅是指在各种测试条件下不 出现 冒烟 、着火 、爆 炸等现象，最为重要是确保人员在 电池滥用的条件下不受伤害． 以下分别从锂离子 电池的材料 、制造工艺和使用条件等方面讨论影响锂离子二次 电池安 全性 的各种 因素 1 材料对锂离子二次电池安全性的影响 1．1 负极活性物质 锂离子二次 电池的负极活性材料主要为碳材料 ．其成功之处即在于 以碳负极替代 锂负 极，从而充放 电过程 中锂在负极表面的沉积和溶解变为锂在碳颗粒 中的嵌入和脱 出，减少 锂 枝晶形成的可能，大大地提高 电池的安全性．但这并不表示使用碳负极不存在安全性 问题 ． 收稿 日期 ：2001—10—19，修订 日期 ：2002—04—05 * 通讯联系人 ：胡广侠 ，Tel：0218930；Email：hgx@mail．sim，ac．cn 维普资讯 · 246 · 电 化 学 2002年 其影 响锂离子二次 电池的安全性 因素表现在 以下几个方面 ： 1)MacNeilDD等_3J的研究表 明：随着温度的升高，嵌锂状态下 的碳负极将首先与 电解液 发生放热反应 ．在相同的充放 电条件下，电解液与嵌锂人造石墨反应的放热速率远大于与嵌锂 的MCMB、碳纤维、焦碳等的反应放热速率．硬碳类材料、软碳类材料、石墨类材料的碳层间距 以l{12约分别为0．38nm、0．34--0．35nlTl、0．335m ，当锂嵌入碳后 ，层间距约为0．371nm．石墨 类材料 的层 间距最小 ，其在锂离子 的嵌入和脱 出过程 中形变最大，锂离子在此类碳层 中的扩散 速度也较慢 ，大 电流充放 电时，极化大 、电阻大 ，电池 的安全性差，硬碳类材料则反之 [～ ．然 而也有人认为：石墨化程度增加可