影响锂离子电池的因素.doc

: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,: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)(100~130Wh#kg-1)!高电压()!体积小!重量轻!安全性好等优点,近十年来获得了巨大的发展,,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!,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[1].[2]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(>700e),从而导致电池出现冒烟!着火!爆炸!,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,!,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,减少了锂枝晶形成的可能,:2001_10_19,修订日期:2002_04_05*通讯联系人:胡广侠,Tel:021_62511070_8930;Email:******@:个人收集整理勿做商业用途1)eilDD等[3]的研究表明:随着温度的升高,,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!!软碳类材料!!~!,当锂嵌入碳后,,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[4~6].然而也有人认为:石墨化程度增加可以降低锂离子扩散的活化能,有利于锂离子的扩散,而硬碳类材料由于存在大量的空洞,大电流充放时,其表现接近于金属锂负极,安全性反而不好[7~8].2)YuichiSato和张泽波等[9~10]认为:电极中颗粒之间大多为点接触,故小颗粒碳负极电阻比大颗粒碳负极的大,但后者由于半径大,其在充放电过程中膨胀收缩变化较显,据此如将大小颗粒按一定配比制成负极即可达到扩大颗粒之间接触面积,降低电极阻抗,增加电极容量,)电池的SEI膜乃由溶剂分子!锂盐阴离子!,据有关报道:将碳材料表面弱氧化,或经还原!掺杂!表面改性的碳材料以及使用球形或纤维状的碳材料都有助于SEI膜质量的提高[3,4,11~15].:乙炔黑晶格化程度低,锂离子在其中嵌脱的吉布斯自由能变化不大;又因乙炔黑的导电率较大,电阻放热较小,[16]以纳米不锈钢纤维作导电剂并与乙炔黑进行比较后,认为:导电剂对锂离子电池的大电流充放能力有较大的影响,采用纳米不锈钢纤维能降低电极的电阻,提高导电性,)研究表明:以MCMB与多种粘结剂制成的浆料,在无添加剂的条件下,于铜箔上涂