锂电安全新突破！这些新材料了解一下？
锂电安全新突破！这些新材料了解一下？
近年来，电动汽车起火事故频发，引发了人们对锂离子电池安全性的担忧。据统计，2021年全国发生电动车火灾事故6000多起，新能源火灾事故突发性强、燃烧火势蔓延迅速，伴随有毒气体释放和爆炸危险，且复燃风险高。锂离子电池包一旦发生燃烧，扑救难度大，易引发次生灾害。那么，锂离子电池为何会起火？科学家们又有哪些新突破来解决这一难题？
锂离子电池为何会起火？
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液组成。其工作原理是在充电过程中，锂离子从正极材料的晶格中脱出，通过电解液运送到负极材料的晶格中；放电过程则相反。然而，这种结构也带来了安全隐患。
锂离子电池起火的主要原因是电池热失控，具体包括：
电解液易燃：目前常用的电解液是易燃的碳酸酯和羧酸酯类有机溶剂，在高温高压下会发生氧化分解放出大量热量。
过充、短路等电气滥用：当电池过充时，正极电压逐渐升高，脱锂过程变得困难，这导致电池的内阻急剧增大，因此产生大量的焦耳热。同时正极氧气释放发出大量的热，温度升高后负极也会与电解液发生放热反应。当一系列的放热反应导致电池内部温度上升到一定程度时，便会发生热失控。
机械滥用：如碰撞、挤压等外力作用，可能导致电池隔膜破损，引发内部短路。
高温环境：电池在高温环境下使用，会加速老化，增加热失控风险。
新材料让电池更安全
针对这些安全隐患，科学家们正在研发多种新材料和新技术，以提高电池的安全性能。
阻燃添加剂
在电解液中添加阻燃剂是一种有效的方法。常用的阻燃剂包括磷酸酯、氢氟醚和离子液体等。这些物质能在高温下产生具有阻燃性能的自由基，捕获可燃性自由基，中断燃烧链式反应。
例如，磷酸三甲酯（TMP）就是一种常用的阻燃添加剂。研究表明，TMP的抗氧化能力优于常用的碳酸酯溶剂，能够显著降低电解液的可燃性。但是，过多添加会影响电池的电化学性能，因此需要找到最佳添加比例。
新型电解液
除了添加阻燃剂，研发新型电解液也是提高安全性的关键方向。例如，环状羧酸酯、腈类、磷酸酯类和氟代酯类等难燃溶剂体系，具有高沸点和闪点，不易燃烧的性质。
其中，γ-丁内酯（GBL）是研究较多的环状羧酸酯，具有高闪点和高沸点，黏度低和介电常数大的优点。而腈类溶剂具有高沸点和闪点、高介电常数和相对较低的黏度，可以提高电池的热稳定性和化学稳定性。
内部保护措施
除了改进电解液，还可以通过内部保护措施来提高安全性。例如，氧化还原保护和电聚合保护可以避免过度充电引发的危险副反应。
联苯就是一种常用的电聚合添加剂。它能在4.5～4.75V的电压下发生氧化电聚合反应，生成导电聚合物，使过充的电池自动放电至更安全的状态。同时，电聚合产物还能提高电池内阻和内压，增强保护装置的灵敏度。
固态电解质
最新的研究方向是开发固态电解质。西安交通大学徐友龙教授团队设计了一种不可燃的聚合物基深共晶电解质（PDEE）。这种电解质将本征不可燃的N-甲基乙酰胺（NMA）基深共晶电解液通过原位聚合封装在聚合物框架内。
这种新型电解质不仅解决了传统液态电解液易燃的问题，还显著提高了电池的循环寿命。实验结果显示，LFP||PDEE-2||Li固体电池在1C时可实现1000次稳定循环，容量保持率为80.4%。
未来展望
随着新能源汽车和储能系统的快速发展，提高锂离子电池的安全性已成为亟待解决的关键问题。目前的研究成果表明，通过新材料和新技术的应用，可以有效提高电池的安全性能。
然而，要实现大规模商业化应用，还需要解决成本、工艺和长期稳定性等问题。未来，随着科技的不断进步，我们有理由相信，更安全、更高效的锂离子电池将为新能源产业的发展提供强大动力。