次充放電過程中會(huì)與導(dǎo)電劑LiPF6 發(fā)生反應(yīng)，生成HF；而水和HF 又會(huì)和SEI 膜的主要成分ROCO2Li 和Li2CO3 反應(yīng)，從而破壞SEI 膜的穩(wěn)定性，降低電池的安全性能[21]。鋰離子電池的安全性能和循環(huán)過程中負(fù)極材料石墨與電解液作用形成SEI 膜的性能有很大關(guān)系，良好的SEI 膜能降低鋰離子電池的不可逆容量,改善循環(huán)性能,增加嵌鋰穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，在一定程度上有利于降低鋰離子電池的安全隱患。而SEI 膜的組成中50%來自于導(dǎo)電劑中陰離子的分解，因此導(dǎo)電劑的選擇對電池的安全性能至關(guān)重要。目前常用的導(dǎo)電劑主要有LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6 等。表2 列出幾種常用導(dǎo)電劑的優(yōu)缺點(diǎn)[22,23]。目前，商業(yè)化的鋰離子電池多采用LiPF6 為導(dǎo)電劑，但是從表2 可以看出，LiPF6 也存在著安全隱患，所以目前急需尋找一種安全性能更好的導(dǎo)電劑代替LiPF6。Li(C4F9SO2)和(CF3SO2)N 是目前認(rèn)為比較好的有機(jī)陰離子導(dǎo)電劑[24]，其具有較好的電化學(xué)穩(wěn)定性和較高的電導(dǎo)率，且在較高的電位下不腐蝕鋁集流體。電解液添加劑是目前公認(rèn)的提高鋰離子電池安全性的有效手段，通過添加不同的添加劑，可以起到改善SEI 膜性能，保護(hù)正極活性物質(zhì)，穩(wěn)定LiPF6，提高過充安全性以及阻燃等作用[25]。表3 列出幾種常見添
加劑。
1.4 隔膜
隔膜在電池中主要有兩個(gè)作用：其一是隔離正負(fù)極防止短路；其二是作為安全裝置智能的切斷電流。作為動(dòng)力鋰離子電池的隔膜除了具備一般鋰離子電池的特性外，還要求有高的孔隙率（＞45%），高安全性
表2 常見導(dǎo)電劑的優(yōu)缺點(diǎn)[22,23]
和高的熱穩(wěn)定性。隔膜的安全性和熱穩(wěn)定性是由隔膜本身的性質(zhì)決定的，主要取決于其遮斷溫度和破裂溫度兩個(gè)值。隔膜的遮斷溫度是指在一定溫度下多孔結(jié)構(gòu)的隔膜發(fā)生熔化導(dǎo)致微孔結(jié)構(gòu)關(guān)閉，內(nèi)阻迅速增加而阻斷電流通過時(shí)的溫度。遮斷溫度過低，即隔膜關(guān)閉的起點(diǎn)太低，會(huì)影響電池性能的正常發(fā)揮；遮斷溫度過高，則不能及時(shí)抑制電池迅速產(chǎn)熱的危險(xiǎn)。隔膜的破裂溫度高于遮斷溫度，此時(shí)膜發(fā)生破壞、熔化，導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸。從電池安全性角度考慮，膜的遮斷溫度應(yīng)該有一個(gè)較寬的范圍，此時(shí)隔膜不會(huì)破壞。因此選擇合適的隔膜材料，確定合適的遮斷溫度和破裂溫度是電池設(shè)計(jì)的一個(gè)重要課題。用于動(dòng)力鋰離子電池的隔膜材料主要有單層的PE 和PP 膜及復(fù)合的PP-PE-PP 膜，它們的遮斷溫度和破裂溫度列于表4。PP-PE-PP 復(fù)合膜利用低熔點(diǎn)的PE在溫度較低的條件下起到閉孔的作用，而PP 又能保持隔膜的形狀和機(jī)械強(qiáng)度防止正負(fù)極接觸，其安全性比只用單層膜要好。復(fù)合多層隔膜已經(jīng)成為目前研究開發(fā)的熱點(diǎn)[26]。
2 制造工藝對鋰離子電池安全性能的影響
鋰離子電池的制造工藝可分為圓柱式和疊片式，表4 隔膜材料遮斷溫度、膜破裂溫度[27]
Table 4 Shut down temperature and melting point of
polyolefin membrane
Membranes Shut down temperature/℃ Melting point/℃
PE 130~133 139
PP 156~163 162
PP-PE-PP 134~135 165
無論是什么結(jié)構(gòu)的鋰離子電池，電極制造、電池裝配等制造過程都會(huì)影響電池的安全性能。鋰離子電池的制造工藝包括：正極和負(fù)極混料、涂布、輥壓、裁片、焊接極耳、卷繞或?qū)盈B、注液、封口、化成等。其中每一道工序都會(huì)影響電池的安全性能。其中起主要作用的有以下3 個(gè)方面[28]：
（1）正負(fù)極容量配比
正負(fù)極活性物質(zhì)的配比關(guān)系到電池的使用壽命和安全性能，尤其是過充電性能。正極容量過大將會(huì)出現(xiàn)金屬鋰在負(fù)極表面沉積，負(fù)極容量過大會(huì)導(dǎo)致電池的容量損失。為了確保電池的安全性，一般原則是考慮正負(fù)極的循環(huán)特性和過充時(shí)負(fù)極接受鋰的能力，而給出一定的設(shè)計(jì)冗余。
（2）漿料均勻度控制
漿料的均勻度決定了活性物質(zhì)在電極上分布的均勻性，從而影響電池的安全性。制漿時(shí)間過短，漿料不均勻，電池充放電時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)極材料膨脹與收縮比較大的變化，可能出現(xiàn)金屬鋰的析出；而時(shí)間過長，漿料過細(xì)會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻過大。
（3）涂布質(zhì)量控制
溫度和時(shí)間是影響涂布質(zhì)量的因素。加熱溫度過低或烘干時(shí)間不足會(huì)使溶劑殘留，粘結(jié)劑部分溶解，造成一部分活性物質(zhì)容易剝離；溫度過高可能造成粘結(jié)劑結(jié)晶化，活性物質(zhì)脫落形成電池內(nèi)短路。另外，涂布的厚度和均一性會(huì)影響鋰離子在活性物質(zhì)中的嵌入和脫出。負(fù)極膜較厚，不均一，因充電過程中各處
極化大小不同，有可能發(fā)生金屬鋰在負(fù)極表面局部沉
積的情況。
3 動(dòng)力鋰離子電池組的安全性能
鋰離子電池在單個(gè)使用時(shí)，配合防過充、過放、過流裝置，安全性可以得到保證。但是對于組合使用的動(dòng)力鋰離子電池的情況變得比較復(fù)雜。組合使用比單個(gè)使用更容易發(fā)生過充和過放現(xiàn)象，且不易發(fā)現(xiàn)。電池組中各單體電池之間存在不一致性，連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量由單體電池的最小容量決定，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短[29,30]。造成這種不平衡的主要原因有：在電池制作過程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異；電池自放電率不同，長時(shí)間的積累，造成電池容量的差異；電池在使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池容量的不平衡。為減小這種不均衡對鋰離子電池組的影響，在電池組的充放電過程中，要使用均衡電路[31-33]。目前，鋰離子電池組均衡控制的方法，根據(jù)均衡過程中電路對能量的消耗情況，可分為能量耗散型和能量非耗散型兩大類。能量耗散型是通過給電池組中每只單體電池并聯(lián)一個(gè)電阻進(jìn)行放電分流，從而實(shí)現(xiàn)均衡。這種電路結(jié)構(gòu)簡單，只有容量高的單體電池的能量消耗，存在能量浪費(fèi)和熱管理的問題。能量非耗散型電路的耗能比能量耗散型要小，但電路結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，可分為能量轉(zhuǎn)換式均衡和能量轉(zhuǎn)移式均衡兩種。現(xiàn)有的鋰離子電池的均衡方案中，基本上是以電池組的電壓來判斷電池的容量，是一種電壓均衡的方式，電壓檢測的準(zhǔn)確性和精度及漏電流的大小，直接影響電池組的一致性。
4 結(jié) 語
近年來，鋰離子電池在便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具中得到了廣泛的應(yīng)用，并且被逐步應(yīng)用到動(dòng)力型電源領(lǐng)域。鋰動(dòng)力電池目前最熱門的應(yīng)用是電動(dòng)汽車，許多世界著名汽車廠商都致力于開發(fā)純電動(dòng)汽車及混合動(dòng)力汽車，而大部分采用的是鋰動(dòng)力電池。特別是我國“863”新能源汽車重大專項(xiàng)的實(shí)施，更是把我國的鋰動(dòng)力電池行業(yè)推向了行業(yè)前沿，為鋰動(dòng)力電池展開了廣闊的市場前景。按照我國新能源汽車的發(fā)展目標(biāo)，到2012 年，國內(nèi)的新能源汽車年產(chǎn)將達(dá)到100萬輛以上。目前，鋰動(dòng)力電池的使用還存在一定得問題，動(dòng)力型鋰離子電池的質(zhì)量和體積非常大，放電狀況復(fù)雜，散熱條件及充放電制度控制也非?？量?。但相信隨著一系列長壽命、高安全的鋰離子電池材料的推廣應(yīng)用，電源管理技術(shù)的日益成熟，鋰動(dòng)力電池必將在不久的將來發(fā)揮更大的作用。