一、鋰離子電池的組成及工作原理

鋰離子電池主要由正極、負極、電解液、隔膜以及外部連接、包裝部件構成。其中，正極、負極包含活性電極物質、導電劑、粘結劑等，均勻涂布于銅箔和鋁箔集流體上。

鋰離子電池的正極電位較高，常為嵌鋰過渡金屬氧化物，或者聚陰離子化合物，如鈷酸鋰、錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰等；鋰離子電池負極物質通常為碳素材料，如石墨和非石墨化碳等；鋰離子電池電解液主要為非水溶液，由有機混合溶劑和鋰鹽構成，其中溶劑多為碳酸之類有機溶劑，鋰鹽多為單價聚陰離子鋰鹽，如六氟磷酸鋰等；鋰離子電池隔膜多為聚乙烯、聚丙稀微孔膜，起到隔離正、負極物質，防止電子通過引起短路，同時能讓電解液中離子通過的作用。

二、鋰離子電池的安全隱患

一般來說，鋰離子電池出現安全問題表現為燃燒甚至爆炸，出現這些問題的根源在于電池內部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致安全性問題。鋰離子電池在充放電過程中會發熱，如果產生的熱量超過了電池熱量的耗散能力，鋰離子電池就會過熱，電池材料就會發生SEI膜的分解、電解液分解、正極分解、負極與電解液的反應和負極與粘合劑的反應等破壞性的副反應。

1、正極材料的安全隱患

當鋰離子電池使用不當時，導致電池內部溫度的升高，使正極材料會發生活性物質的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應能夠產生大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態對活性物質晶格轉變、分解溫度和電池的熱穩定性影響相差很大。

2、負極材料的安全隱患

早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導致電池短路、漏液甚至發生爆炸。嵌鋰化合物能夠有效避免鋰枝晶的產生，大大提高鋰離子電池的安全性。隨著溫度的升高，嵌鋰狀態下的碳負極首先與電解液發生放熱反應。相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大于與嵌鋰的中間相碳微球、碳纖維、焦碳等的反應放熱速率。

3、隔膜與電解液的安全隱患

鋰離子電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發生熱分解，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學反應，降低電解液的熱穩定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應，易被氧化。

三、鋰離子電池安全性解決方案

針對鋰離子電池在材料、制造和使用過程中的諸多安全隱患，如何對容易產生安全問題的部分進行改進，是鋰離子電池制造商需要解決的問題。

1、提高電解液的安全性

電解液與正、負電極之間均存在很高的反應活性，尤其在高溫下，為了提高電池的安全性，提高電解液的安全性是比較有效的方法之一。通過加入功能添加劑、使用新型鋰鹽以及使用新型溶劑可以有效解決電解液的安全隱患。

2、提高電極材料的安全性

磷酸鐵鋰以及三元復合材料被認為是成本低廉、安全性優良的正極材料，有可能在電動汽車產業中普及應用。對于正極材料，提高其安全性的常見方法為包覆修飾，如用金屬氧化物對正極材料進行表面包覆，可以阻止正極材料與電解液之間的直接接觸，抑制正極物質發生相變，提高其結構穩定性，降低晶格中陽離子的無序性，以降低副反應產熱。

3、改善電池的安全保護設計

除了提高電池材料的安全性，商品鋰離子電池采用的許多安全保護措施，如設置電池安全閥、熱溶保險絲、串聯具有正溫度系數的部件、采用熱封閉隔膜、加載專用保護電路、專用電池管理系統等，也是增強安全性的手段。