隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，其質(zhì)輕、高容、長(zhǎng)壽命的優(yōu)點(diǎn)逐漸得到消費(fèi)者的青睞。其市場(chǎng)已經(jīng)由手機(jī)擴(kuò)展到相機(jī)、DVD、航模、玩具等多種領(lǐng)域。近年來(lái)，鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)工具、備用電源、電動(dòng)自行車(chē)、輕型電動(dòng)車(chē)等大型設(shè)備上的應(yīng)用日益受到關(guān)注，而這些設(shè)備要求電池具備大容量、高功率條件。鋰離子動(dòng)力電池能否滿(mǎn)足高安全、高功率、長(zhǎng)壽命的基本要求，是眾多專(zhuān)家學(xué)者探討的重要課題。
    動(dòng)力鋰離子電池的安全問(wèn)題一般是指由于動(dòng)力電池使用不當(dāng)、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(biāo)準(zhǔn)、甚至爆炸和起火等事故，從而導(dǎo)致用戶(hù)生命和財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。其中爆炸和起火是最嚴(yán)重的安全事故。鋰離子電池濫用導(dǎo)致爆炸起火的內(nèi)部原因很復(fù)雜，但大部分是由溫度壓力過(guò)高造成的，而這兩者的起因大部分可以歸結(jié)于鋰離子電池的熱失控反應(yīng)，也就是發(fā)熱反應(yīng)。這些發(fā)熱反應(yīng)一般有：電池電極SEI膜的分解，內(nèi)嵌鋰和溶劑的反應(yīng)，正極材料的分解反應(yīng)等等。
    正極材料是關(guān)鍵錳酸鋰優(yōu)勢(shì)大
    在動(dòng)力鋰離子電池的安全性問(wèn)題中，電極材料中的正極材料是關(guān)鍵，也是引發(fā)鋰離子動(dòng)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(jià)格便宜的電極材料是動(dòng)力電池發(fā)展的關(guān)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(guó)內(nèi)外取得的數(shù)據(jù)來(lái)看，鈷酸鋰用于動(dòng)力電池的安全隱患較大，一般不作為動(dòng)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(guó)內(nèi)使用較少，在中國(guó)臺(tái)灣以及日本有部分廠商使用。
    由于錳資源豐富(尤其是中國(guó)，儲(chǔ)量居世界第三)，價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境友好，且錳酸鋰具有放電電壓高，技術(shù)成熟，安全性好，具有其他層狀結(jié)構(gòu)正極材料所不能比擬的高倍率充放電能力等優(yōu)點(diǎn)，因而目前在推廣鋰電動(dòng)力電池方面，錳酸鋰具有很大優(yōu)勢(shì)。雖然比容量相對(duì)較低，但動(dòng)力電池本身體積較大并不構(gòu)成明顯弱點(diǎn)。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(shí)，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(diǎn)，阻礙了其實(shí)用進(jìn)程。
    鎳鈷錳酸鋰材料的優(yōu)勢(shì)是比容量高、循環(huán)性能優(yōu)越。制成的鋰離子動(dòng)力電池具有非常高的比能量，適合用于嚴(yán)格限制重量和體積但又要求高能量的領(lǐng)域。由于使用了鈷、鎳等金屬，鎳鈷錳酸鋰的價(jià)格僅次于鈷酸鋰。不過(guò)，目前鎳鈷錳酸鋰在動(dòng)力電池應(yīng)用方面上尚待評(píng)估，國(guó)內(nèi)應(yīng)用的材料通常是通過(guò)摻雜改性的方式改善其安全性能，但未看到規(guī)模性的應(yīng)用。
    磷酸鐵鋰具有原料來(lái)源豐富、價(jià)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(diǎn)，是很有發(fā)展前景的動(dòng)力電池正極材料。磷酸鐵鋰作為動(dòng)力電池新型正極材料的使用在近幾年有升溫的趨勢(shì)。由于專(zhuān)利問(wèn)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(chǎng)基本被少數(shù)幾家廠商所壟斷。國(guó)內(nèi)雖然眾多的鋰離子生產(chǎn)廠家對(duì)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池投入了研發(fā)生產(chǎn)，但由于技術(shù)和制程水平的差異，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。
    添加劑、電解液保障安全
    動(dòng)力鋰離子電池的設(shè)計(jì)也影響著電池的安全性。
    廠家只有在正負(fù)極配比、黏結(jié)劑種類(lèi)、隔膜的組裝方式、極耳種類(lèi)和焊接方式、封裝形式方面通過(guò)周密計(jì)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(dòng)力電池在設(shè)計(jì)時(shí)通常要考慮到當(dāng)異常情況發(fā)生時(shí)，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?yàn)檫@決定了熱失控反應(yīng)發(fā)生的概率。
    為了進(jìn)一步增強(qiáng)動(dòng)力電池的安全性，眾多廠家一般會(huì)向電池的電解液中加入功能性添加劑。這些添加劑有防過(guò)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(dòng)力電池安全性的一個(gè)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(dāng)材料的氧指數(shù)超過(guò)27時(shí)屬于難燃物質(zhì)，目前開(kāi)發(fā)的阻燃劑已經(jīng)接近或達(dá)到這個(gè)指標(biāo)。對(duì)于動(dòng)力電池電解液而言，針對(duì)單項(xiàng)功能指標(biāo)的添加劑開(kāi)發(fā)并非難事，困難之處在于保證電解液安全性的同時(shí)必須兼顧其他常規(guī)性能。為平衡電解液各項(xiàng)功能，多官能團(tuán)、復(fù)合添加劑的研究也是研發(fā)方向。
    保護(hù)板必不可少
    為了加強(qiáng)動(dòng)力鋰離子電池的安全性，保護(hù)板是電池組必配的設(shè)備。大多數(shù)情況下，鋰電保護(hù)板應(yīng)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(dòng)力鋰離子電池必須和保護(hù)板一起配套使用才能確保整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性。多串多并的電池組在配對(duì)組裝、長(zhǎng)期使用的過(guò)程中不可避免地存在個(gè)體差異，保護(hù)板(或電池管理系統(tǒng))要負(fù)責(zé)對(duì)整組電池的電壓、電流和溫度、甚至容量進(jìn)行監(jiān)控，必須做到精確無(wú)誤、動(dòng)作迅速才能起到應(yīng)有的作用。同時(shí)，由于電池組個(gè)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(huì)有所不同，隨著循環(huán)次數(shù)增多，各電池性能差異會(huì)越來(lái)越顯著，從而會(huì)使整個(gè)電池組性能大打折扣，壽命大大縮短。要使電池組的性能達(dá)到或接近單體電池性能水平，必須對(duì)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(hù)板對(duì)鋰離子電池組進(jìn)行維護(hù)。
    因此，在對(duì)動(dòng)力鋰離子電池的安全性因素中，電極材料是至關(guān)重要的因素，目前能夠保證達(dá)到行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)力鋰離子電池更好地使用。此外，鋰離子保護(hù)板提供了各項(xiàng)保護(hù)鋰電池的功能，能最大限度地保障動(dòng)力電池安全可靠地使用。充電均衡功能的實(shí)用化保證了動(dòng)力鋰離子電池能夠高安全長(zhǎng)壽命地工作。從今后的趨勢(shì)看，動(dòng)力鋰離子電池、專(zhuān)用保護(hù)板和設(shè)備三者的聯(lián)合開(kāi)發(fā)是一條科學(xué)的發(fā)展之路。