當前引發(fā)鋰離子電池熱失控的因素多種多樣，總結(jié)起來重要有過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等引起的發(fā)熱失控。如何提高電池的安全性，把熱失控的風險降至最低成為人們研究的重中之重。關(guān)于單電池來說，其安全性除了與正極材料相關(guān)外，還與負極、隔膜、電解液、粘結(jié)劑等其他電池組成部分有著很大關(guān)系。下面展開講述研究者們是如何在電池材料上降低電池熱失控風險，提高鋰離子電池安全性。

一、正極材料

出于安全性考慮，正極材料要與電解液的相容性和穩(wěn)定性好。常見的正極材料在溫度低于650℃時是相比較較穩(wěn)定的，充電時處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。在過充的情況下，正極的分解反應及其與電解液的反應放出大量熱量，造成爆炸。鈷酸鋰、鎳酸鋰的熱穩(wěn)定都比較差，鎳鈷錳酸鋰三元材料由于其比容量高、具有較高的比能量密度，成為當下正極材料的理想之選。然而三元材料中鎳的含量較高，材料的循環(huán)性能難以保證，熱穩(wěn)定性較差。

富鎳正極材料在高電壓(>4.3V)和高溫(>50℃)下循環(huán)過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌導致二次顆粒持續(xù)出現(xiàn)微裂縫。這些微裂縫斷開一次顆粒之間的電通路，在相轉(zhuǎn)變過程中釋放氧氣，導致電化學性能變差。JaephilCho教授課題組[1]通過對一次顆粒進行納米表面修飾來克服富鎳正極材料的上述問題，經(jīng)過處理的一次顆粒表面復含鈷，通過抑制從分層結(jié)構(gòu)到巖石鹽結(jié)構(gòu)的變化來緩解微裂紋出現(xiàn)。而且，表面高氧化態(tài)的Mn4+在高溫下能夠降低氧氣的釋放，改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與熱穩(wěn)定性。SangKyuKwark等人[2]提出一種提高鋰離子電池正極穩(wěn)定性的方法，先采用經(jīng)典的煅燒方法制備出NCA材料，然后將NCA浸入到醋酸鋰和醋酸鈷的混合溶液中，進一步攪拌、蒸干、煅燒得到改進的正極材料。有趣的是該方法制備的NCA顆粒之間填充著一層尖晶石構(gòu)型的鈷酸鋰晶體Glue-layer(G-layer)，能夠?qū)CA顆粒緊密的連接在一起，起到膠水的用途?？梢蕴岣哳w粒之間的機械強度，保護活性粒子不穩(wěn)定的表面，從而增強電極的穩(wěn)定性。

Prof。YingjieZhu和XianluoHu合作[3]，采用羥基磷灰石超長納米線、科琴黑納米顆粒，碳纖維和磷酸鐵鋰粉末作為原料，通過簡單的靜電輔助自組裝的方法成功的制備了一種既可以耐高溫、又具有活性物質(zhì)高負載量的新型磷酸鐵鋰復合電極(UCFR-LFP)，可以作為鋰離子電池正極(圖1)。在自組裝和抽濾的過程中，磷酸鐵鋰納米顆粒均勻得分散在高導電性且多孔的羥基磷灰石超長納米線/科琴黑納米顆粒/碳纖維基底中，從而形成自支撐、具有獨特復合多孔結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰耐高溫正極材料，其具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐火性，即使在1000℃的高溫下也能保持其電化學活性和結(jié)構(gòu)完整性。

二、負極材料

負極材料的熱穩(wěn)定性與負極材料的種類、材料顆粒的大小以及負極所形成的SEI膜的穩(wěn)定性有關(guān)。如將大小顆粒按一定配比制成負極即可達到擴大顆粒之間接觸面積，降低電極阻抗，新增電極容量，減小活性金屬鋰析出可能性的目的。SEI膜形成的質(zhì)量直接影響鋰離子電池的充放電性能與安全性，將碳材料表面弱氧化，或經(jīng)還原、摻雜、表面改性的碳材料以及使用球形或纖維狀的碳材料有助于SEI膜質(zhì)量的提高。解決碳負極材料安全性的方法重要有降低負極材料的比表面積、提高SEI膜的熱穩(wěn)定性。

三、隔膜

Prof。ZhenanBao和YiCui強強聯(lián)合[4]，報道了一種可有效防止鋰離子電池過熱起火的新技術(shù)，他們想在情況不可收拾之前關(guān)閉電池，通過在鋰離子電池中新增一個熱敏高分子聚合物薄膜開關(guān)材料，當電池溫度過高就會迅速切斷電池內(nèi)電路，使之降溫；當溫度降至正常，該聚合物薄膜又能恢復正常狀態(tài)，讓電池重新工作(圖2)。他們將具有石墨烯涂層的鎳鈉米粒子嵌入聚乙烯材料中，制備出一種輕薄又具有柔性的導電塑料薄，用這種聚合物膜組裝成的鋰離子電池，在正常的工作溫度下，電流很容易通過薄膜，電池可以正常充電和放電，但是當電池的溫度升高到70℃時，聚乙烯開始膨脹，推動鎳納米粒子彼此分開，這樣隔膜的導電性在短短的1s之內(nèi)就會降低1000億倍，電池中的電荷移動停止，從而使電池的溫度下降。而且，當溫度低于這種聚合物70℃時，該聚合物可以很容易的恢復到原來的構(gòu)型，導電性也恢復正常，恢復電池功能。

Prof。XianluoHu和YingjieZhu等人[5]成功的研發(fā)出一種新型羥基磷灰石超長納米線基耐高溫鋰離子電池隔膜，該電池隔膜除了具有柔韌性高、力學強度好、孔隙率高、電解液潤濕和吸附性能優(yōu)良的特點外，更重要的是熱穩(wěn)定性高、耐高溫、阻燃耐火，在700℃的高溫下仍可保持其結(jié)構(gòu)完整性。采用羥基磷灰石超長納米線基耐高溫電池隔膜組裝的電池在150℃高溫環(huán)境中能夠保持正常工作狀態(tài)，并點亮小燈泡，而采用PP隔膜組裝成的電池在150℃高溫下很快發(fā)生短路，可以有效提高鋰離子電池的工作溫度和安全性。