現(xiàn)有的商業(yè)化鋰離子電池多采用有機(jī)電解液，易燃易爆，尤其是應(yīng)用于規(guī)?；瘍?chǔ)能電站時(shí)，數(shù)萬(wàn)甚至數(shù)十萬(wàn)個(gè)儲(chǔ)能電芯串并聯(lián)，極易導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，引起火災(zāi)、爆炸事故。

(資料圖)

儲(chǔ)能鋰離子電池?zé)崾Э刂饕蛴袃蓚€(gè)：一個(gè)是外部原因，儲(chǔ)能電站空間密閉，內(nèi)部存儲(chǔ)大量能量，充放電時(shí)電化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放熱能，本身具有潛在熱失控危險(xiǎn)；另一個(gè)是內(nèi)部原因，鋰離子電池電解液電化學(xué)反應(yīng)引發(fā)的副反應(yīng)容易引發(fā)熱失控。

為應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能電站熱失控風(fēng)險(xiǎn)，業(yè)內(nèi)提出從鋰離子電池材料改性、鋰離子電站主動(dòng)安全防護(hù)和被動(dòng)安全防護(hù)三個(gè)方面提出了解決方法。

鋰離子電池材料改性主要從電池過充保護(hù)劑、鋰離子電池陰極材料和鋰離子電池陽(yáng)極材料三個(gè)方面著手。

電池過充保護(hù)劑

過充是儲(chǔ)能鋰離子電池不可避免的濫用之一，通過在電池電解液內(nèi)添加過充保護(hù)劑可以有效避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。

過充保護(hù)劑利用較多的主要有兩類，分別是氧化還原穿梭添加劑和關(guān)斷過充添加劑。

氧化還原穿梭添加劑在比充電結(jié)束電壓略高的特定電壓下，可以在電極間可逆地被氧化/還原，并提供過充電保護(hù)；在較低或正常的電壓下，其分子不活躍，不會(huì)干擾電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)。

目前，典型的氧化還原穿梭添加劑有有吩噻嗪、三苯胺、有機(jī)茂金屬、二甲氧基苯和它們的衍生物等。

關(guān)斷過充添加劑屬于不可逆的添加劑，一旦在較高電壓下被觸發(fā)，就會(huì)永久性地停止電池的運(yùn)行。它的主要缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)鋰離子電池產(chǎn)生不可逆的氧化作用，從而縮短電池壽命。

目前，典型的關(guān)斷過充添加劑有二甲苯、環(huán)己基苯、聯(lián)苯、3-噻吩乙腈、2,2-二苯基丙烷等。

鋰電陰極材料改性

鋰離子電池陰極材料熱性能改善主要有兩種技術(shù)：元素替代和保護(hù)性涂層。

元素替代技術(shù)可以穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)有效改善層狀氧化物材料的熱性能，如用Al替代過渡金屬Co、Ni和Mn。在鈷酸鋰中摻雜合金元素鎳和錳等，可以顯著提高陰極的起始分解溫度，避免電池陰極在高溫下發(fā)生有害反應(yīng)。

保護(hù)性涂層，主要指在鋰離子電池應(yīng)急材料上涂一層薄薄的鋰離子導(dǎo)電化合物作為保護(hù)層，使陰極表面不與電解質(zhì)直接接觸，進(jìn)而避免發(fā)生副反應(yīng)、相變等，從而提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并減少晶體位點(diǎn)中陽(yáng)離子的混亂。

此外，陰極涂層材料一般為熱惰性材料，給陰極添加保護(hù)層的同時(shí)，還有助于減少其發(fā)熱。

鋰電陽(yáng)極材料改性

鋰離子電池陽(yáng)極材料改進(jìn)熱點(diǎn)方向是開發(fā)人工SEI膜，減輕SEI膜與電解質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)性能，以改善其熱性能。主流技術(shù)有三種，分別是輕度氧化、金屬沉積和聚合涂層。

有研究人員發(fā)現(xiàn)，相較無(wú)涂層的石墨陽(yáng)極，氟化鋁涂層的石墨陽(yáng)極初始放電容量更高、循環(huán)壽命更長(zhǎng)、容量保持率和速率性能更高。

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