1選用安全系數(shù)更高的原材料

選用安全系數(shù)更高的正負極活性材料、隔膜材料和電解液。

a）正極材料的選擇

正極材料的安全性重要基于以下3個方面：

1材料的熱力學(xué)穩(wěn)定性；

2材料的化學(xué)穩(wěn)定性；

3材料的物理性能。

選擇更安全的電極材料，比如選擇錳酸鋰材料，在分子結(jié)構(gòu)方面保證了在滿電狀態(tài)，正極的鋰離子已經(jīng)完全嵌入到負極炭孔中，從根本上防止了枝晶的出現(xiàn)。同時錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，使其氧化性能遠遠低于鈷酸鋰，分解溫度超過鈷酸鋰100℃，即使由于外力發(fā)生內(nèi)部短路（針刺），外部短路，過充電時，也完全能夠防止了由于析出金屬鋰引發(fā)燃燒、爆炸的危險。

另外，采用錳酸鋰材料還可以大幅度降低成本。

b）隔膜材料的選擇

隔膜的重要用途是將電池的正、負極分隔開，防止正負極接觸而短路，同時具有使電解質(zhì)離子通過的能力，即具有電子絕緣性和離子導(dǎo)通性。當(dāng)溫度升高時，在隔膜熔化前進行關(guān)閉，從而使內(nèi)阻上升至2000歐姆，讓內(nèi)部反應(yīng)停止下來。鋰離子電池選用隔膜時應(yīng)注意以下幾點：

1具有電子絕緣性，保證正負極的機械隔離；

2有一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導(dǎo)率；

3隔膜材料具有足夠的化學(xué)穩(wěn)定性，必須耐電解液腐蝕；

4隔膜要有自動關(guān)斷保護的功能；

5隔膜的熱收縮率和變形性要盡可能地小；

6隔膜要具有一定的厚度；

7隔膜要具有較強的物理強度并有足夠大的抗穿刺的能力。

c）電解液的選擇

電解液是鋰離子電池的重要組成部分，在電池正負極之間起著輸送和傳導(dǎo)電流的用途。鋰離子電池使用電解液是以適當(dāng)?shù)匿圎}溶解在有機非質(zhì)子混合溶劑中而形成的電解質(zhì)溶液。它通常應(yīng)滿足以下幾方面的要求：

1化學(xué)穩(wěn)定性好，與電極活性物質(zhì)、集流體和隔膜不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；

2電化學(xué)穩(wěn)定性好，具有較寬的電化學(xué)窗口；

3鋰離子電導(dǎo)率高，電子電導(dǎo)率低；

4液態(tài)溫度范圍寬；

5安全無毒，對環(huán)境友好。

2加強電芯整體安全性設(shè)計

電芯是將電池各種物質(zhì)組合起來的紐帶，是正極、負極、隔膜、極耳和包裝膜等系統(tǒng)之集成，電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計，不單影響到各種材料性能的發(fā)揮，還對電池的整體電化學(xué)性能、安全性能出現(xiàn)重要的影響。材料的選擇與電芯結(jié)構(gòu)設(shè)計正是一種局部與整體的關(guān)系，在電芯設(shè)計上，應(yīng)該結(jié)合材料特性來制定合理的結(jié)構(gòu)模式。

另外，在鋰離子電池結(jié)構(gòu)上還可以考慮一些額外的保護裝置，常見的保護機構(gòu)設(shè)計有以下幾種：

1采用開關(guān)元件，當(dāng)電池內(nèi)的溫度上升時，它的阻值隨之上升，當(dāng)溫度過高時，會自動停止供電；

2設(shè)置安全閥（就是電池頂部的放氣孔），電池內(nèi)部壓力上升到一定的數(shù)值時，安全閥自動打開，保證電池的使用安全性。當(dāng)內(nèi)部壓力或溫度達到預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)時，防爆閥將打開，開始進行卸壓，以防止內(nèi)部氣體積累過多，發(fā)生形變，最終導(dǎo)致殼體爆裂。

下面對電芯結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計提出一些實例：

a）正負極容量比和設(shè)計大小片

根據(jù)正負極材料的特性來選擇合適的正負極容量比，電芯的正負極容量的配比是關(guān)系到鋰離子電池安全性的重要環(huán)節(jié)，正極容量過大將會出現(xiàn)金屬鋰在負極表面沉積，而負極過大電池的容量會有較大的損失。一般而言，N/P=1.05～1.15，并根據(jù)實際的電池容量和安全性要求進行適當(dāng)?shù)倪x擇。設(shè)計大小片，使負極膏體（活性物質(zhì)）位置包住（大于）正極膏體位置，一般寬度應(yīng)大1～5mm，長度應(yīng)大5～10mm。

b）隔膜寬度留有余量

隔膜寬度設(shè)計的總體原則是防止正負極片直接接觸而發(fā)生內(nèi)部短路，由于電池在充放電過程中和熱沖擊等環(huán)境下，隔膜的熱收縮性導(dǎo)致隔膜在長度和寬度方向上發(fā)生變形，隔膜褶皺的區(qū)域由于正負極間的距離增大，致使極化增大；隔膜拉伸的區(qū)域由于隔膜變薄而使微短路的可能性加大；隔膜邊緣區(qū)域的收縮則可能導(dǎo)致正負極直接接觸而發(fā)生內(nèi)短路，這些都會使電池因熱失控而發(fā)生危險。因此，在設(shè)計電池時，在隔膜的面積和寬度的使用上必須考慮其收縮特性，隔離膜要比陽極、陰極大。考慮在工藝誤差外，隔離膜必須比極片外邊長至少0.1mm。

c）絕緣處理

內(nèi)短路是鋰離子電池存在安全性隱患的重要因素，在電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在很多引發(fā)內(nèi)短路的潛在危險部位，因此應(yīng)該在這些關(guān)鍵位置設(shè)置必要的措施或者絕緣，以防止在異常情況下發(fā)生電池內(nèi)短路，比如：正負極耳間保持必要的間距；收尾單面中間無膏體位需貼絕緣膠帶，并將裸露部分全部包住；正極鋁箔和負極活性物質(zhì)之間貼絕緣膠帶；應(yīng)用絕緣膠帶將極耳焊接部分全部包住；電芯頂部采用絕緣膠帶等。

d）設(shè)置安全閥（泄壓裝置）

鋰離子電池發(fā)生危險，常常是因為內(nèi)部溫度過高或壓力過大而引發(fā)爆炸、起火；設(shè)置合理的泄壓裝置，能在危險發(fā)生時迅速釋放電池內(nèi)部的壓力和熱量，減少爆炸危險。合理的泄壓裝置要求既能滿足電池正常工作時的內(nèi)壓又能在內(nèi)壓達到危險極限的時候自動打開而泄放壓力，泄壓裝置的設(shè)置位置要考慮電池外殼因內(nèi)壓增大所出現(xiàn)形變的特性來設(shè)計；安全閥的設(shè)計可以通過薄片、邊緣、接縫和刻痕等來實現(xiàn)。

3提高工藝水平

努力做好電芯生產(chǎn)過程中的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。在混料、涂布、烘烤、壓實、分切和卷繞等步驟中，制定標(biāo)準(zhǔn)化（如隔膜寬度、電解液注液量等），改進工藝手段（如低氣壓注液法、離心裝殼法等），做好工藝控制，保證工藝質(zhì)量，縮小產(chǎn)品間的差異；在對安全有影響到關(guān)鍵步驟設(shè)置特殊工步（如去極片毛刺、掃粉、對不同的材料采用不同的焊接方法等），執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量監(jiān)控，消除缺陷部位，排除有缺陷產(chǎn)品（如極片變形、隔膜刺破、活性材料脫落和電解液泄漏等）；保持生產(chǎn)場所的整潔、清潔，執(zhí)行5S管理和6-sigma質(zhì)量控制，防止生產(chǎn)中混入雜質(zhì)和水分，盡量減少生產(chǎn)中的意外情況對安全性的影響。