2021年锂离子电池的过充安全保护技术研究

( 安全管理 )

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2021年锂离子电池的过充安全

保护技术研究

Safety management is an important part of production management. Safety and production are in

the implementation process

2021年锂离子电池的过充安全保护技术研

究

锂离子电池由于兼具高比能量和高比功率的显著优势，被认为是最具发展潜力的动力电池体系。

目前制约大容量锂离子动力电池应用的最主要障碍是电池的安全性，即电池在过充，短路、冲压、穿

刺、振动、高温热冲击等滥用条件下，极易发生爆炸或燃烧等不安全行为。其中，过充电是引发锂离

子电池不安全行为的最危险因素之一。

锂离子电池的过充不安全行为主要来致于其所采用的有机溶液电解质。由于有机溶剂不能象水

溶液电池体系中的水那样实现可逆的分解一复合，因此对过充极为敏感。当电池处于过充状态时，阴

极脱锂电位随过充程度增加而迅速上升。超出电解质的电化学稳定窗口后，有机电解质溶液在阴极表

面发生不可逆的氧化分解，产生可燃性有机小分子气体并放出大量热，导致电池温度及内压的急剧上

升，并引发一系列放热反应。如当电池内部温度上升至120℃时，碳阳极表面钝化膜(即sEI膜)发生

分解，失去钝化膜保护的高活性嵌锂碳电极与有机电解液之间发生剧烈反应，放出大量可燃性气体和

热量，促使内压和温度进一步上升；当温度上升至200—230℃左右时，高度脱锂的氧化物阴极材料(如

钴酸锂)又会发生剧烈的析氧分解，并释放大量热。短时间内电池内部大量的热积累最终导致电池热

失控，引起爆炸和燃烧等不安全行为。

为保证锂离子电池的过充安全性，单只电池及电池组在实际应用中均需配置专用保护电路进行充

电管理。这种方法直接、有效，但并非万无一失。特别是对由

几十个电池通过串、并联组成的动力电

池组来说，要实现对每只电池的逐点管理难度非常之大。任何一只电池的管理失控都有可能带来严重

的安全问题。事实上，由电路控制失效引起的不安全事故时有发生。因此，需要从根本上解决锂离子

电池自身的过充安全性问题。

基于上述原因，国内外学者从上世纪90年代开始一直都在积极探索各种可能的过充保护新途径，

如电氧化聚合短路(或断路)、氧化还原电对穿梭剂、温度敏感电极、电压敏感隔膜等。本文中我们将

在介绍上述方法的技术原理的基础上，详细报导本课题单位在973项目和国家自然科学基金等项目资

助下在该研究方向所取得的一些最新研究结果。

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