王景輝

（深圳市中泰盛科技有限公司，廣東 深圳 518043）

隨著社會(huì)的發(fā)展，當(dāng)前各個(gè)行業(yè)都對(duì)于能源產(chǎn)生了極高的需求，而鋰離子電池在當(dāng)前已經(jīng)成為了各種電子產(chǎn)品所必備的一項(xiàng)，同時(shí)也在新能源領(lǐng)域得到了應(yīng)用，原因主要是因?yàn)殇囯x子電池具有著高比能的特點(diǎn)。而高功率鋰動(dòng)力電池作為一種動(dòng)力、儲(chǔ)能的電池，其比功率、可靠性、比能量、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境適應(yīng)性以及循環(huán)穩(wěn)定性等都會(huì)嚴(yán)重的影響到自身的商業(yè)化程度。而高功率鋰動(dòng)力電池自身的安全性則直接的決定了其是否能夠在動(dòng)力、儲(chǔ)能等相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。高功率鋰動(dòng)力電池體系中在電氣復(fù)雜的應(yīng)用條件下，具有許多的危險(xiǎn)，例如，燃燒、爆炸等。所以，這在一定程度上導(dǎo)致高功率鋰動(dòng)力電池的發(fā)展收到了制約。雖然為了解決高功率鋰動(dòng)力電池的安全性問(wèn)題，提出了一些解決措施，但沒(méi)有從根本上解決[1]。

1 過(guò)充安全保護(hù)技術(shù)

（1）電氧化聚合電解液添加劑

電氧化聚合電解液添加劑保護(hù)原理為：將某種可氧化聚合的單體添加在電解液內(nèi)，等到電池過(guò)充為一定電壓時(shí)，單體分子在此時(shí)會(huì)在電池陰極表面出現(xiàn)電氧化聚合，并且會(huì)產(chǎn)生聚合物表面層，而該層是一種絕緣狀態(tài)，隨之還會(huì)出現(xiàn)陰極活性表面、內(nèi)孔封閉等情況，然后實(shí)現(xiàn)內(nèi)部離子傳輸、阻塞電極反應(yīng)的目的，使鋰動(dòng)力電池內(nèi)部出現(xiàn)短路，最終避免發(fā)生電池不安全行為。因?yàn)閷?dǎo)電聚合物本身具有著電阻，因此短路方式會(huì)仙姑地比較的溫和，能夠?qū)㈦姵刂兴械哪芰鶆虻尼尫懦鰜?lái)，使電池可以保持在一個(gè)安全的狀態(tài)下。同時(shí)，在進(jìn)行聚合的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生微量的氫氣，可以有效地提升電池安全閥的靈敏性[2]。

（2）氧化還原電對(duì)穿梭劑

這一原理為:將具有一定高度氧化還原可逆性的電對(duì)加入到電解液中，并且等到電池在正常的充放電電壓時(shí)，電對(duì)添加劑分子在此時(shí)并不會(huì)與其他的電極發(fā)生，并且其狀態(tài)還會(huì)是處于本征的還原態(tài)。而電池在進(jìn)行充電時(shí)，電壓如果已經(jīng)處于電對(duì)的氧化電勢(shì)，那么在此時(shí)進(jìn)行正極還原態(tài)電對(duì)，將會(huì)導(dǎo)致電子被電化學(xué)氧化成氧化態(tài)，并開(kāi)始向著負(fù)極擴(kuò)散。對(duì)其進(jìn)行反復(fù)的氧化操作，能夠?qū)⑴月返敉獠康某潆婋娏鬟€原，并將電壓進(jìn)行局限，使其處于某一個(gè)范圍之內(nèi)，避免高功率鋰動(dòng)力電池出現(xiàn)電壓失控[3]。

（3）電壓敏感隔膜

這也是一種過(guò)充保護(hù)的方式，并且還是可逆的，該方式的思路在于:采用電活性聚合物來(lái)制作隔膜骨架，在一個(gè)充放電正常的范圍內(nèi)，隔膜會(huì)是絕緣態(tài)，是利用隔膜微孔進(jìn)行離子液相傳導(dǎo)。在電池發(fā)生電池過(guò)充后，將會(huì)伴隨著充電電壓的升高而隨之升高，電池的正極電位在此時(shí)也會(huì)隨之提升，并且速度十分快，在達(dá)到聚合物材料的氧化電位時(shí)，聚合物在此時(shí)會(huì)出現(xiàn)氧化摻雜，并且還會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訉?dǎo)體，出現(xiàn)短路等各種問(wèn)題。過(guò)充電流則會(huì)通過(guò)隔膜阻止電極材料發(fā)生更多的反應(yīng)，避免出現(xiàn)電解液氧化分解的情況，達(dá)到保護(hù)電池的最終目的。電池過(guò)充如果一旦停止，那么在電壓內(nèi)部短路后，將會(huì)發(fā)生降低，當(dāng)?shù)偷揭欢ǔ潭鹊臅r(shí)候，電壓敏感隔膜會(huì)隨之轉(zhuǎn)變，并逐漸的恢復(fù)為正常隔膜功能[4]。

所以，通過(guò)不同電勢(shì)，導(dǎo)電聚合物的絕緣態(tài)-導(dǎo)電態(tài)將會(huì)產(chǎn)生可逆轉(zhuǎn)變，如果以此為根據(jù)開(kāi)展設(shè)計(jì)的話，可以擁有一個(gè)良好的電壓開(kāi)關(guān)性質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)電池可逆過(guò)充保護(hù)的最終目的。

2 熱控制技術(shù)

為了避免電池出現(xiàn)熱失控，所以設(shè)計(jì)出一種自激活熱阻斷功能的過(guò)充保護(hù)措施，也就是溫度敏感電極。其原理為:將一層具有PTC效應(yīng)的材料嵌入在電極活性物涂層與集流體之間，使電極產(chǎn)生PTC效應(yīng)。這樣能夠使電極可以根據(jù)自身的溫度變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，并將自我限流功能及時(shí)啟動(dòng)，可以為電池的熱失控提供現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)[5]。

PTC材料擁有著合適的阻變溫度，同時(shí)還具有升阻比和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，而上述結(jié)構(gòu)中的PTC電極可以以溫度變化為根據(jù)，對(duì)于電機(jī)電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此具有自激活溫度開(kāi)關(guān)的能力。但是，這種PTC電極僅對(duì)于因?yàn)檫^(guò)充或短路造成的溫升可以產(chǎn)生效果，而因?yàn)榇┐獭⒇?fù)極析鋰、擠壓等原因所產(chǎn)生的熱失控，則無(wú)法獲得良好的效果。因?yàn)橥繉雍图黧w之間的PTC薄層無(wú)法切斷正負(fù)極之間的電子傳導(dǎo)，所以，使用PTC涂層均勻包覆電極活性材料表面，是一種有效的熱控制方式?？梢允够钚圆牧献陨懋a(chǎn)生熱敏感功能，從而可以感受到溫度。PTC薄層非常致密并具有鋰離子傳導(dǎo)功能的話，那么在不對(duì)電池正常充放電產(chǎn)生影響的前提條件下，能夠?qū)⒚舾袦囟认碌乃须姌O表面進(jìn)行封閉，以此來(lái)處理熱失控。但實(shí)現(xiàn)這一目的的最重要的是擁有可以滿足原理要求的PTC材料。

3 總結(jié)

綜上所述，解決高功率鋰動(dòng)力電池安全性問(wèn)題的唯一途徑就是發(fā)展自激發(fā)安全保護(hù)技術(shù)但是這是一項(xiàng)十分艱苦的工作。但是，經(jīng)過(guò)多年以來(lái)的不斷發(fā)展和探索，在當(dāng)前的相關(guān)方面已經(jīng)或得了顯著的進(jìn)展。在其中的過(guò)充保護(hù)方面，可聚合單體添加劑已經(jīng)正式的進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用中，并且電壓敏感隔膜、氧化還原電對(duì)穿梭劑都已經(jīng)或得了良好的效果。但是，當(dāng)前在熱控制方面的研究工作相較于其他方面，研究比較少，并且思路也更為單一性，還需要加強(qiáng)對(duì)此的研究。