在现在能源制约、环境欺侮等大配景下，国度淡薄发展新能源当作改善环境、量入为出资本的伏击举措。其中，电动汽车最近成为热门，越来越多的东说念主采纳电动汽车，不仅因为其用车费本低，而且电动汽车在使用流程中不会产生废气，和传统汽车比拟不存在大气欺侮的问题。但是电动汽车安全事故的频发，让东说念主不得不从头疑望电动汽车的安全性。电板热失控是生气爆炸事故的主要原因。像特斯拉汽车、三星手机等生气事件都触及到了锂离子电板的热失控问题。锂离子电板的职责温度边界很窄，在15～45℃之间，如果温度超过临界水平，便会发生热失控。锂离子电板一朝发生热失控，会激发停不下来的四百四病，温度在几毫秒内飞快高潮，里面产热远高于散热速度，电板里面积累大批热量，使电板变成气体，导致电板生气和爆炸，而况险些弗成以通例方法扑灭，径直威逼到用户安全。

刻下激发锂电板热失控的因素多种各样，归来起来主要有过热、过充、内短路、碰撞等引起的发烧失控。若何进步电板的安全性，把热失控的风险降至最低成为东说念主们接头的重中之重。关于单电板来说，其安全性除了与正极材料相干外，还与负极、隔阂、电解液、粘结剂等其他电板构成部分有着很大关系。底下张开阐发接头者们是如安在电板材料上缩短电板热失控风险，进步锂电板安全性。

一、正极材料

出于安全性议论，正极材料需要与电解液的相容性和踏实性好。常见的正极材料在温度低于650℃时是相对比较踏实的，充电时处于亚踏实景色。在过充的情况下，正极的判辨反馈过甚与电解液的反馈放出大批热量，变成爆炸。钴酸锂、镍酸锂的热踏实都比较差，镍钴锰酸锂三元材料由于其比容量高、具有较高的比能量密度，成为当下正极材料的理念念之选。但是三元材料中镍的含量较高，材料的轮回性能难以保证，热踏实性较差。

富镍正极材料在高电压（>4.3V）和高温（>50℃）下轮回流程中发生结构垮塌导致二次颗粒一语气产生微裂缝。这些微裂缝断开一次颗粒之间的电通路，在相转动流程中开释氧气，导致电化学性能变差。Jaephil Cho教讲课题组[1]通过对一次颗粒进行纳米名义修饰来克服富镍正极材料的上述问题，经过处理的一次颗粒名义复含钴，通过胁制从分层结构到岩石盐结构的变化来缓解微裂纹产生。而且，名义高氧化态的Mn4+在高温下或者缩短氧气的开释，改善结构踏实性与热踏实性。Sang Kyu Kwark等东说念主[2]淡薄一种进步锂电板正极踏实性的圭臬，先经受经典的煅烧圭臬制备出NCA材料，然后将NCA浸入到醋酸锂和醋酸钴的搀杂溶液中，进一步搅动、蒸干、煅烧获得改造的正极材料。道理的是该圭臬制备的NCA颗粒之间填充着一层尖晶石构型的钴酸锂晶体Glue-layer（G-layer），或者将NCA颗粒细致的聚积在一王人，起到胶水的作用。不错进步颗粒之间的机械强度，保护活性粒子不踏实的名义，从而增强电极的踏实性。

Prof. Yingjie Zhu和Xianluo Hu配合[3]，经受羟基磷灰石超长纳米线、科琴黑纳米颗粒，碳纤维和磷酸铁锂粉末当作原料，通过浮浅的静电赞成自拼装的圭臬成效的制备了一种既不错耐高温、又具有活性物资高负载量的新式磷酸铁锂复合电极（UCFR-LFP），不错当作锂电板正极（图1）。在自拼装和抽滤的流程中，磷酸铁锂纳米颗粒均匀得分散在高导电性且多孔的羟基磷灰石超长纳米线/科琴黑纳米颗粒/碳纤维基底中，从而形成自撑抓、具有独到复合多孔结构的磷酸铁锂耐高温正极材料，其具有优异的热踏实性和耐火性，即使在1000℃的高温下也能保抓其电化学活性和结构圆善性。

图1. UCFR-LFP复合电极的制备知道图

二、负极材料

负极材料的热踏实性与负极材料的种类、材料颗粒的大小以及负极所形成的SEI膜的踏实性关连。如将大小颗粒按一定配比制成负极即可达到扩大颗粒之间斗争面积，缩短电极阻抗，增多电极容量，减小活性金属锂析出可能性的地点。SEI 膜形成的质地径直影响锂离子电板的充放电性能与安全性，将碳材料名义弱氧化，或经还原、掺杂、名义改性的碳材料以及使用球形或纤维状的碳材料有助于SEI膜质地的进步。处理碳负极材料安全性的圭臬主要有缩短负极材料的比名义积、进步SEI膜的热踏实性。

三、隔阂

Prof. Zhenan Bao和Yi Cui强强调节[4]，报说念了一种可灵验扎眼锂电板过热生气的新期间，他们念念在情况不可打理之前关闭电板，通过在锂电板中增多一个热敏高分子团员物薄膜“开关”材料，当电板温渡过高就会飞快堵截电板内电路，使之降温；当温度降至平时，该团员物薄膜又能收复平时景色，让电板从头职责（图2）。他们将具有石墨烯涂层的镍钠米粒子镶嵌聚乙烯材料中，制备出一种飘摇又具有柔性的导电塑料薄，用这种团员物膜拼装成的锂电板，在平时的职责温度下，电流很容易通过薄膜，电板不错平时充电和放电，但是当电板的温度升高到70℃时，聚乙烯驱动推广，鼓吹镍纳米粒子互相分开，这么隔阂的导电性在短短的1s之内就会缩短1000亿倍，电板中的电荷出动罢手，从而使电板的温度下跌。而且，当温度低于这种团员物70℃时，该团员物不错很容易的收复到蓝本的构型，导电性也收复平时，收复电板功能。

图2. 团员物膜在高温下的职责机理知道图

Prof. Xianluo Hu和Yingjie Zhu等东说念主[5]成效的研发出一种新式羟基磷灰石超长纳米线基耐高温锂电板隔阂，该电板隔阂除了具有柔韧性高、力学强度好、孔隙率高、电解液润湿和吸附性能优良的特色外，更伏击的是热踏实性高、耐高温、阻燃耐火，在700℃的高温下仍可保抓其结构圆善性。经受羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电板隔阂拼装的电板在150℃高温环境中或者保抓平时职责景色，并点亮小灯泡，而经受PP隔阂拼装成的电板在150℃高温下很快发生短路，不错灵验进步锂电板的职责温度和安全性。

四、电解液

锂电板电解液基本上是有机碳酸酯类物资，是一类易燃物。常用电解质盐六氟磷酸锂（LiPF6）存在热分自若热反馈。因此进步电解液的安全性对能源锂离子电板的安全性规章至关伏击。LiPF6的热踏实性是影响电解液热踏实的主要因素，因此面前主要改善圭臬是经受热踏实性更好的锂盐。但由于电解液本因素解的反馈热相配小，对电板安全性能影响相配有限。对电板安全性影响更大的是其易燃性。缩短电解液可燃性的阶梯主若是经受阻燃添加剂，但是这些阻燃剂经常会对锂电板的电化学性能产生严重的影响，因此难以在本色中应用。Hongfa Xiang等东说念主[6]经受磷酸三甲酯（TMP）为溶剂，双氟磺酰亚胺锂为溶质，研发出一种新式高浓度不燃电解液。在高浓度（5mol/L）下，电解液中大部分TMP溶剂分子和Li+配位，形成特别的溶剂化结构，这使得溶剂分子与负极之间的副反馈减少，大大进步了电板的安全性。好意思国加州大学圣迭戈分校的Yu Qiao团队[7]经受胶囊封装的方法将阻燃剂二苄胺（DBA）储存在小型胶囊里，分散在电解液中，平时景色下不会对锂电板的性能产生影响，当电板受到挤压等外力打扰时，胶囊中的阻燃剂就会被开释出来，“毒化”电板使电板失效，从而幸免热失控的发生。之后，他们团队又经受相同的期间，将乙二醇和乙二胺当作阻燃剂，封装后装入锂电板，或者权贵缩短锂电板热失控的风险[8]。Prof. Atsuo Yamada等东说念主[9]经受高浓度NaN(SO2F)2或者LiN(SO2F)2当作锂盐，添加常见的阻燃剂磷酸三甲酯TMP，制备的电解液或者权贵进步锂电板的热踏实性，而且阻燃剂的添加并莫得对锂电板的轮回性能产生影响。针对能源电板在使用中可能濒临冲击的情况，Gabriel M. Veith等东说念主[10]试图在根源上幸免外力导致的锂电板内短路发生，筹谋了一种具有剪切增稠秉性的电解液（图3），该电解液期骗非牛顿流体的秉性，在平时景色下，电解液呈现液体景色，在遇到倏得的冲击后则会呈现固体景色，变得特别坚固，以致或者达到防弹的成果，从而从根源上幸免了在能源电板发生碰撞时电板内短路导致热失控的风险。

图3. 剪切增稠电解液知道图

五、导电剂与粘结剂

导电剂与粘结剂的种类与数目也影响着电板的热踏实性，粘结剂与锂在高温下反馈产生大批的热，不同粘结剂发烧量不同 ， PVDF 的发烧量险些是无氟粘结剂的2倍 ，用无氟粘结剂代替PVDF不错进步电板的热踏实性。Jigang Zhou等东说念主[11]最近还通过将复杂复合电极热失控前后的相分散进行单个电极颗粒层面的成像，并将多种相鉴识气候在热失控前后的相干性进行了纳米级别的可视化，发现热失控可能与导电剂以及粘结剂的分散呈现密切的相干性。他们翻新性地将具有元素及轨说念采纳性、化学与电子结构明锐性的透射X光扫描显微期间(PEEM)用于接头热失控下钴酸锂层状电极颗粒在多孔电极中相鉴识中的活动。热失控前后相鉴识在单个电极颗粒层面呈现出超乎臆度的不均匀化。这种不均匀化与颗粒尺寸、晶面结构相干性不显著，但与导电剂以及粘结剂的分散呈现密切的相干性。

锂离子电板热失控严重威逼着使用者的生命还财产安全，进步锂离子电板的安全性、幸免热失控的发生不仅需要从电板材料上作念出变嫌，还需要伙同电板配方筹谋、结构筹谋和电板组的热料理筹谋上多管王人下，共同进步锂电板热踏实性，减少热失控发生的可能性。

参考文件:

1.Hyejung Kim， Min Gyu Kim， Hu Young Jeong et al. A new coating method for alleviating surface degradation of LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 cathode material: nanoscale surface treatment of primary particles. Nano Letters， 2015， 15:2111-2119.

2. Hyejung Kim， Sanghan Lee， Hyeon Cho et al. Enhancing Interfacial Bonding between Anisotropically Oriented Grains Using a Glue-Nanofiller for Advanced Li-Ion Battery Cathode.Adv. Mater.，2016， 28:4705-4712.

3.Heng Li， Long Peng， Dabei Wu et al. Ultrahigh-capacity and fire-resistant LiFePO4-based composite cathodes for advanced lithium-ion batteries. Advanced Energy Materials. 2019， 9:1802930.

4.Zheng Chen， Po-Chun Hsu， Jeffrey Lopez et al. Fast and reversible thermoresponsive polymer switching materials for safer batteries. Nature Energy， 2016，1:15009.

5.Heng Li， Dabei Wu， Jin Wuet al. Flexible， High-Wettability and Fire-Resistant Separators Based on Hydroxyapatite Nanowires for Advanced Lithium-Ion Batteries. Adv. Mater.，2017， 29:170354.

6.Pengcheng Shi， Hao Zheng， Xin Liang et al. A highly concentrated phosphate-based electrolyte for high-safety rechargeable lithium batteries. Chem. Commun.， 2018， 54:4453-4456.

7.Yang Shi， Daniel J. Noelle， Meng Wang et al. Exothermic behaviors of mechanically abused lithium-ion batteries with dibenzylamine， Journal of Power Sources， 2016， 326:514-521.

8.Daniel J. Noelle， Yang Shi， Meng Wang et al. Aggressive electrolyte poisons and multifunctional fluids comprised of diols and diamines for emergency shutdown of lithium-ion batteries. Journal of Power Sources， 2018， 384:93-97.

9.Jianhui Wang， Yuki Yamada， Keitaro Sodeyama et al. Fire-extinguishing organic electrolytes for safe batteries. Nature Energy， 2018， 3:22-29.

10.Gabriel M. Veith， Beth L. Armstrong， Hsin Wang et al. Shear thickening electrolytes for high impact resistant batteries. ACS Energy Lett. 2017， 2:2084-2088.

11.Mi Lu， Yongzhi Mao， Jian Wang et al. Surface heterogeneity in Li0.5CoO2within a porous composite electrode. Chem. Commun.， 2018， 10:1039.