1動力鋰離子電池的基本組成

以圓柱形電池為例，如上圖所示，鋰離子電池的重要結構包括殼體，正極，負極，隔膜，電解液，安全閥等安全保護裝置以及一些導電密封輔助結構。

殼體，是整只電芯的保護層，對電芯起到支撐、隔離和絕緣等保護性用途。軟包電池，沒有高強度的殼體，其在小規(guī)模成組以后，也要設計具備一定強度的殼。

直接參與電池電化學過程的是正極、負極和電解液，可以說它們是事故的源頭，也是真正解決安全問題的病根所在。

2正極、負極和電解液的安全性問題

鋰離子電池的安全事故，無論是電芯老化或者自身質量問題帶來的自內而外的過熱，進而導致熱失控，還是由于交通事故或者其他類型的濫用造成的熱失控，事故發(fā)生總要經(jīng)歷電芯材料劇烈反應的過程，假如能夠阻斷這個點，則電池可以失效，但永遠不會燃爆。

2.1電解液

電解液存在兩個方向的問題，自身容易燃燒，又具有與正負極材料發(fā)生反應的傾向。

初中化學告訴我們，燃燒的三要素：可燃物（燃燒的物質），助燃物（氧氣）和燃點（達到可燃物的燃燒溫度）。三個條件缺一不可，阻斷其中之一，燃燒便不會發(fā)生。電池自身安全性，電池材料不可燃是安全隱患的終結者。

目前常見的電解液都是有機溶劑質地，是極易燃燒的材質。而電解液與正極發(fā)生副反應的產(chǎn)物，就包含氧氣。因此，電池一旦積聚了較多熱量，達到較高溫度，連鎖反應都會給電解液燃燒供應條件。

問題在于，電解液傳輸電荷的能力，對電池的電壓有直接的影響。當前人們關于高電壓，高能量密度的追求，只有有機電解液才能滿足，因而暫時沒有找到更適合的材質作為替代。

2.2正極材料

正極材料的安全性問題重要存在于兩個方面。一個是充電狀態(tài)下，材料結構的穩(wěn)定性，另一個是電池高溫下，正極材料與電解液的反應腐蝕問題。

正極材料的穩(wěn)定性問題，重要出現(xiàn)在過大電流充電過程中，與材料不匹配的鋰離子脫出速率會沖垮材料晶格結構，毀壞的部分材料反過來堵住離子通路，新增了離子嵌入難度。這個過程中會有熱量積累，是引發(fā)鋰離子電池事故的一種常見原因。

正極被電解液腐蝕，放出少量氣體和熱量，這是電池使用過程中老化的一個重要原因。但正極與電解液的劇烈反應，一般出現(xiàn)在電池溫度已高的階段，一般超過200℃，是熱量爆發(fā)式生成的重要力量。反應不但放出大量的熱，還會有氣體出現(xiàn)，使得事故的危害可能升級。

2.3負極材料

負極材料的安全性，重要圍繞其熱穩(wěn)定性進行觀察，其穩(wěn)定程度與下面三個因素有關：電解液中電解質的類型，石墨負極中嵌鋰碳含量的多少以及石墨負極使用的粘結劑的種類。

電解質類型，石墨負極在首次充電化成中，形成保護膜SEI膜。SEI膜的存在，阻止了石墨與電解液的進一步劇烈反應。但電解液中的LiPF6對SEI膜的分解有促進用途，使得鋰離子電池在大約60℃的儲存過程中，就可以出現(xiàn)分解并放熱。因此電解質的成分對負極穩(wěn)定性有直接影響。

嵌鋰碳，有研究表明，負極中嵌鋰碳的含量高，會帶來負極與電解液更激烈的反應。嵌鋰碳是在充電過程中形成，電池電量越高，其嵌鋰碳的含量也就越高。嵌鋰碳的影響，只能在電量高的階段加強其他安全措施，卻無法防止高濃度嵌鋰碳的現(xiàn)象出現(xiàn)。

負極粘結劑的種類，粘結劑在反應中是否新增系統(tǒng)反應放熱并沒有定論。不同類型的粘結劑，參與反應的形式不同，有的成為嵌鋰碳反應的助劑，有的自身參與反應后失效，加速負極結構走向崩潰。

以上三個方面的影響，發(fā)生的溫度由低到高，SEI膜的溶解，作為破壞式連鎖反應的開端，阻止它發(fā)生意義重大。

3安全性能的改進方向

3.1電解液

阻燃劑

在原來電解液的基礎上加入阻燃劑，具備可行性，只是特別適當?shù)淖枞紕┻€沒有被發(fā)現(xiàn)。佛化物阻燃效果較好，但成本高；烷基磷酸酯，加入電解液后，降低了導電率，阻燃效果也一般，因而不能算是好的選擇；氮化物阻燃效果不明顯，且具毒性，基本不可行。阻燃劑是比較現(xiàn)實的技術路線，只是還要時間和人力的投入。

固體電解質

聚合物電解質，是真正的固態(tài)電解質和電解液之間的中間形態(tài)，是干態(tài)聚合物電解質和電解液的并存狀態(tài)。但聚合物電解質在安全性上，比之電解液已經(jīng)有很大提高，在漏液和燃燒性方面都有進步。

在新聞中看到，某公司發(fā)明了不燃燒電解液。假如果然如宣傳的那樣，將是革命性的成果。

選擇恰當?shù)碾娊赓|

通過對電解鹽類型的選擇，減少SEI膜溶解的幾率。

3.2正負極材料

從改善材料熱穩(wěn)定性的角度出發(fā)，選擇分子結構更穩(wěn)定的材質。負極，關于碳材料來說，球狀結構比層狀結構穩(wěn)定性好；跨越種類，尖晶石結構的鈦酸鋰又比全部石墨材質的負極穩(wěn)定性好。2.3中所述的各種安全問題，鈦酸鋰都不存在，是當前負極材料中最安全的一種。

正極材料的可選擇范圍并不大，鈷酸鋰，由于穩(wěn)定性差，使用的范圍已經(jīng)越來越小。動力鋰電池主流的三種正極材料，磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料。從安全性角度考慮，磷酸鐵鋰的安全性最好，錳酸鋰次之，三元相對較差。

4安全輔助措施

在無法完全解決正負極材料和電解液的安全隱患的時候，人們退而求其次，采用一些輔助手段，重要發(fā)揮阻斷、報警、隔離的用途。這些措施具體包括以下幾種。

安全閥

安全閥的設計目的，是當電芯內部壓力增大到一定值時，期望它開啟，防止電芯爆炸，出現(xiàn)惡劣的影響。但安全閥開啟后，往往伴隨著電解液的泄漏，假如電解液可燃，則是扒了東墻補西墻的效果。在電芯真正發(fā)生熱失控后出現(xiàn)燃燒的階段，安全閥還可能成為小小的火焰噴射器，使得燃燒物質在更大范圍內傳播。因此，安全閥的設計要全面周到的考慮。