隨著鋰離子電池技術的不斷更新和發(fā)展，其質輕、高容、長壽命的優(yōu)點逐漸得到消費者的青睞。其市場已經(jīng)由手機擴展到相機、DVD、航模、玩具等多種領域。近年來，鋰離子動力電池在電動五金|工具、備用電源|穩(wěn)壓器、電動自行車、輕型電動車等大型設備上的應用日益受到關注，而這些設備要求電池具備大容量、高功率條件。鋰離子動力電池能否滿足高安全、高功率、長壽命的基本要求，是眾多專家學者探討的重要課題。

動力鋰離子電池的安全問題一般是指由于動力電池使用不當、功能失效、意外和濫用造成電池鼓脹漏液、溫度壓力超出使用標準、甚至爆炸和起火等事故，從而導致用戶生命和財產(chǎn)安全受到威脅。其中爆炸和起火是最嚴重的安全事故。鋰離子電池濫用導致爆炸起火的內(nèi)部原因很復雜，但大部分是由溫度壓力過高造成的，而這兩者的起因大部分可以歸結于鋰離子電池的熱失控反應，也就是發(fā)熱反應。這些發(fā)熱反應一般有：電池電極SEI膜的分解，內(nèi)嵌鋰和溶劑的反應，正極材料的分解反應等等。

正極材料是關鍵錳酸鋰優(yōu)勢大

在動力鋰離子電池的安全性問題中，電極材料中的正極材料是關鍵，也是引發(fā)鋰離子動力電池安全隱患的主要原因。尋求高能量密度、高安全、環(huán)保和價格便宜的電極材料是動力電池發(fā)展的關鍵。目前普遍使用的正極材料分別是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。就國內(nèi)外取得的數(shù)據(jù)來看，鈷酸鋰用于動力電池的安全隱患較大，一般不作為動力電池正極材料使用；錳酸鋰的使用比較普遍；鎳鈷錳酸鋰國內(nèi)使用較少，在中國以及日本有部分廠商使用。

由于錳資源豐富(尤其是中國，儲量居世界第三)，價格低廉，對環(huán)境友好，且錳酸鋰具有放電電壓高，技術成熟，安全性好，具有其他層狀結構正極材料所不能比擬的高倍率充放電能力等優(yōu)點，因而目前在推廣鋰電動力電池方面，錳酸鋰具有很大優(yōu)勢。雖然比容量相對較低，但動力電池本身體積較大并不構成明顯弱點。錳酸鋰為正極材料組裝的鋰離子電池具有很好的安全性和熱穩(wěn)定性。但時，錳酸鋰也存在容量衰減快(特別是在高溫條件下)，循環(huán)壽命短的缺點，阻礙了其實用進程。

鎳鈷錳酸鋰材料的優(yōu)勢是比容量高、循環(huán)性能優(yōu)越。制成的鋰離子動力電池具有非常高的比能量，適合用于嚴格限制重量和體積但又要求高能量的領域。由于使用了鈷、鎳等金屬，鎳鈷錳酸鋰的價格僅次于鈷酸鋰。不過，目前鎳鈷錳酸鋰在動力電池應用方面上尚待評估，國內(nèi)應用的材料通常是通過摻雜改性的方式改善其安全性能，但未看到規(guī)模性的應用。

磷酸鐵鋰具有原料來源豐富、價格低廉、較高的比容量以及優(yōu)良的高溫循環(huán)性能和極高的安全性能等優(yōu)點，是很有發(fā)展前景的動力電池正極材料。磷酸鐵鋰作為動力電池新型正極材料的使用在近幾年有升溫的趨勢。由于專利問題的限制，歐洲和北美能夠大規(guī)模生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池的廠商不多，市場基本被少數(shù)幾家廠商所壟斷。國內(nèi)雖然眾多的鋰離子生產(chǎn)廠家對磷酸鐵鋰動力電池投入了研發(fā)生產(chǎn)，但由于技術和制程水平的差異，產(chǎn)品質量良莠不齊。

添加劑、電解液保障安全

動力鋰離子電池的設計也影響著電池的安全性。

廠家只有在正負極配比、黏結劑種類、隔膜的組裝方式、極耳種類和焊接方式、封裝形式方面通過周密計算和控制，才能使得極片內(nèi)部電流分布合理，電池極化小、散熱好以及高效安全。出于安全性的考慮，動力電池在設計時通常要考慮到當異常情況發(fā)生時，電池體系向環(huán)境傳遞熱量的速度能否大于體系產(chǎn)生熱量的速度，因為這決定了熱失控反應發(fā)生的概率。

為了進一步增強動力電池的安全性，眾多廠家一般會向電池的電解液中加入功能性添加劑。這些添加劑有防過充、防氣脹、改善低溫和阻燃的作用。值得一提的是，電解液中添加阻燃劑也是提高動力電池安全性的一個重要方向。加入阻燃劑的目的是為了提高電解液燃燒的氧指數(shù)。眾所周知，當材料的氧指數(shù)超過27時屬于難燃物質，目前開發(fā)的阻燃劑已經(jīng)接近或達到這個指標。對于動力電池電解液而言，針對單項功能指標的添加劑開發(fā)并非難事，困難之處在于保證電解液安全性的同時必須兼顧其他常規(guī)性能。為平衡電解液各項功能，多官能團、復合添加劑的研究也是研發(fā)方向。

保護板必不可少

為了加強動力鋰離子電池的安全性，保護板是電池組必配的設備。大多數(shù)情況下，鋰電保護板應具備控制鋰離子電池使用工作條件的功能，這些工作條件包括電壓、電流、溫度等。由于鋰離子電池使用的特殊性，使得動力鋰離子電池必須和保護板一起配套使用才能確保整個系統(tǒng)的安全可靠性。多串多并的電池組在配對組裝、長期使用的過程中不可避免地存在個體差異，保護板(或電池管理系統(tǒng))要負責對整組電池的電壓、電流和溫度、甚至容量進行監(jiān)控，必須做到精確無誤、動作迅速才能起到應有的作用。同時，由于電池組個體性能的差異，在相同的充放電電流下，各節(jié)電池的電壓和可用容量都會有所不同，隨著循環(huán)次數(shù)增多，各電池性能差異會越來越顯著，從而會使整個電池組性能大打折扣，壽命大大縮短。要使電池組的性能達到或接近單體電池性能水平，必須對各電池均衡，使電池組內(nèi)各單體由于充放電性能惡化程度減少到最低。目前大多數(shù)廠家都采用了均衡充電保護板對鋰離子電池組進行維護。

因此，在對動力鋰離子電池的安全性因素中，電極材料是至關重要的因素，目前能夠保證達到行業(yè)測試標準的材料體系只有錳酸鋰和磷酸鐵鋰。廠商普遍使用的安全性能添加劑和兼容性好的電解液保障了動力鋰離子電池更好地使用。此外，鋰離子保護板提供了各項保護鋰電池的功能，能最大限度地保障動力電池安全可靠地使用。充電均衡功能的實用化保證了動力鋰離子電池能夠高安全長壽命地工作。從今后的趨勢看，動力鋰離子電池、專用保護板和設備三者的聯(lián)合開發(fā)是一條科學的發(fā)展之路。