淺析固態鋰電池安全性

鋰電池由于具有電壓高、能量密度高、循環壽命長、無記憶效響應無污染等優勢，被廣泛使用于便攜式消費電子產品、電動車和能源存儲等范疇。然而，近年來關于鋰電池燃燒、爆炸而引發的安全事故屢見不鮮，嚴重打擊了消費者信心，引起了人們對整個鋰電行業的恐慌及安全擔憂。因此，要怎么樣處理鋰離子電池所面臨的安全隱患引起了學術界和工業界的廣泛關注。

重點內容導讀

1.安全問題原由剖析

鋰電池多次發生燃燒安全事故，從外部原由分解，過充、過放、電池短路、熱沖擊、針刺等會導致鋰電池安全問題。從內部原由分解，造成液態鋰電池安全問題的主要有如下幾點：

① 負極析鋰。

② 正極材料釋氧及結構破壞。

③ 電解液分析和反應。

④ 隔膜平均性差及收縮破碎。

⑤ 高溫失效。

因此，滿足高能量密度、高安全性儲能電池技術的需要，開發理論上不易燃燒的固體電解質，進而發展出去替代傳統易燃、易爆的有機電解液的固態鋰離子電池，十分必要和急切。

2、固態鋰離子電池關鍵材料及性能探測

2.1 固體電解質

無機固體氧化物電解質相比較液體電解質具有十分優異的安全性，其在火燒、水洗及外力擠壓條件下均能保持良好的穩定性和強度，不起火，不燃燒，如圖1所示。

圖1 無機固體氧化物電解質火燒(a)、水洗(b)和外力擠壓(c)安全性探測

研制的氧化物柔性電解質膜，與傳統PE隔膜、涂覆陶瓷PE隔膜及PET無紡布基膜相比，具有分明的抗熱收縮性能（圖2）和耐高溫性（圖3）。

圖2 無機固體氧化物柔性電解質膜與傳統隔膜不同高溫下(a)MD方向和(b)TD方向收縮性對比曲線

圖3 無機固體氧化物柔性電解質膜180℃高溫收縮性對比探測

(a)濕法PE隔膜(b)濕法PE陶瓷涂覆膜(c)氧化物柔性電解質膜(d)PET無紡布基膜

中科院寧波材料所前期對硫化物電解質通過Zn，O雙摻雜的工藝手段，可以顯著提供其空氣中穩定性，如圖4(a)所示，且高溫安全性好，電解質LGPS材料經過600 oC高溫，仍具備電解質原來的晶體結構，圖4(b)。

圖4 硫化物電解質(a)空氣中穩定性探測和(b)耐高溫安全性探測

2.2、固態鋰離子電池安全性

中科院寧波材料所試制了以氧化物固體電解質膜的全固態鋰離子電池，該電池在彎折，剪切，甚至火燒情況下均能正常工作，圖5(a)。另外，通過無機電解質層與有機電解質層的復合能有效改善界面，在60oC工作溫度下循環1000周后仍具有90%以上的容量保持率，圖5(b)。

圖5 全固態鋰離子電池(a)安全性能演示和(b)長循環性能

中科院青島能源所制備的基于聚合物基固體電解質的全固態鋰離子電池，在針刺實驗中仍不起火、不爆炸，展現出極好的安全性（圖6）。此外，北京科技大學研究團隊通過“polymer-in-ceramic”的思路制備了有機/無機復合固體電解質薄膜，表現出良好的阻燃性，組裝的全固態鋰離子電池在各種工況下具備極好的安全性，圖7。

圖6 全固態鋰離子電池針刺試驗演示

圖7 固體電解質膜阻燃性及固態鋰離子電池安全性能演示

2.3 大容量固態鋰離子電池性能探測

近年來，浙江鋒鋰新能源科技有限公司研發團隊一方面通過設計材料表面結構原位構造界面修飾層，另一方面探索電池加工制造工藝，在新型固體電解質及其規模化穩定制備方面均取得了一定的成果，在固態鋰離子電池器件構建方面也有了較大的沖破，并成功組裝了由表面修飾的三元NCM正極、固體電解質及碳復合負極組成的12Ah級混合固液電解質固態鋰離子電池，并對該電池進行了循環探測和全面的安全性能探測。

2.3.1循環性能探測

在常溫25℃，截止電壓3~4.2V，充放電1C/1C的倍率下，首次放電容量9.86Ah，電芯循環1000周后電芯容量保持率達到90.3%，展示出良好的循環性能。

2.3.2安全性能探測

按照國標探測標準，對12Ah混合固液電解質鋰離子電池進行安全探測，所有探測均以1C洋溢電（至4.2V），在100%SOC狀態下進行，探測結果聲明固態鋰離子電池具有極高的安全性。

表1 混合固液電解質鋰離子電池各項安全性能評估結果

3、結論

本文剖析了鋰離子電池安全問題萌生的根本原由，并結合我們在固態鋰離子電池研究范疇的技術與經驗淺析知道決鋰離子電池安全性問題的最佳方案。最后，通過對我們自主研發的12Ah固態鋰離子電池的安全性探測聲明固態鋰離子電池具有極高的安全性。

團隊解析

浙江鋒鋰新能源科技有限公司（以下簡稱“浙江鋒鋰”）成立于 2017 年12月，注冊資本 2.5 個億，是專業致力于下一代新能源動力鋰離子電池（固態鋰離子電池）的研發、加工和銷售的高科技企業。 公司具有強大的研發實力和雄厚的技術沉淀，匯聚了以原中科院寧波材料所研究員許曉雄博士為核心的近百人研發團隊，其中碩士及以上學歷人員占比超過60%，技術水平得到了行業內的充足肯定。“浙江鋒鋰”技術團隊經過多年的研發創新，具有扎實的技術積累，已經具備從混合固液電解質固態鋰離子電池到全固態鋰離子電池的研發、試制及中試加工能力，即將建成我國第一條固態鋰離子電池產業化中試加工線。

聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除