基于上述關(guān)于鋰離子電池安全問題的分析，可以從以下 3個方面來提高鋰離子電池的安全性 ：一是改善電極材料的熱穩(wěn)定性，積極提高電池本身性能 ；二是改進鋰離子電池電解液，使用安全型的電解液 ；三是通過外部手段，優(yōu)化鋰離子電池的設計和管理等，對鋰離子電池充放電過程進行實時監(jiān)控和異常問題的及時處理，保證鋰離子電池的使用安全。

1.改善電極材料的熱穩(wěn)定性

一般而言，電池材料的熱穩(wěn)定性是鋰離子動力電池安全性的根源。故要從根本上改善鋰離子電池的安全問題，還要從電池材料本身的熱穩(wěn)定性出發(fā)。

（1）正極材料

研究表明，在高溫條件下，正極材料和電解液之間的反應是引起電池安全問題的主要原因之一。因此，尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料是改善鋰離子電池安全性的有效手段。

目前，鋰離子電池使用的正極材料主要是鋰過渡金屬氧化物，當前，層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰（Li C o O2）、鎳酸鋰（LiNi O2）、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰（LiMn2O4）和聚陰離子類的磷酸鐵鋰（LiF e P O4）是研究較多的正極材料。其中，LiCoO2熱穩(wěn)定性適中，電化學性能優(yōu)異，但鈷的一些特點諸如儲存量小、價格昂貴和有毒性等限制了它的應用 ；LiNiO2容量雖然高，但制備要求苛刻，尤為是熱穩(wěn)定性差，不宜作為正極材料 ；尖晶石型LiMn2O4具有原料成本低、合成工藝簡單、熱穩(wěn)定性高、耐過充性好和放電電壓平臺高等優(yōu)點，一直是鋰離子電池重要的正極

材料 ；LiFePO4價格便宜、性能穩(wěn)定、對環(huán)境友好和熱穩(wěn)定性最佳，是理想的鋰離子動力電池正極材料。MacNeil[5]研究了幾種不同的正極材料在充電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明，LiFePO4熱穩(wěn)定性最好，其他材料的熱穩(wěn)定性依次為：LiNi3/8C o1/4Mn3/8O2＞Li1-xMn2-xO4＞LiCoO2＞LiNi0.7Co0.2Ti0.05Mg0.05O2＞LiNi0.8Co0.2O2＞LiNiO2。Yang等[6]也有相同的結(jié)論，LiFePO4較LiCoO2、LiNiO2和LiM n2O4等具有更高的熱穩(wěn)定性，其在充電狀態(tài)下與電解質(zhì)在340℃以下沒有表現(xiàn)出明顯的吸熱或放熱現(xiàn)象。

 

    尋找熱穩(wěn)定性好的正極材料固然重要，然而通過對正極材料改性提高其熱穩(wěn)定性，也不可忽視，相關(guān)的研究方法有很多，例如優(yōu)化合成條件、改進合成方法和改性電極材料等。電極材料改性是一種提高鋰離子電池熱穩(wěn)定性的有效措施，改性尖晶石錳酸鋰、鋰鎳錳鈷氧三元復合氧化物和磷酸鐵鋰是目前正極材料研究的重點。常用的改性方法主要是表面包覆和摻雜改性。表面包覆能減少活性材料與電解液之間的反應，同時減少正極材料過充中釋放的氧氣，穩(wěn)定基體材料的相變[7]，從而達到提高鋰離子電池熱穩(wěn)定性的目的。當前，關(guān)于包覆用的材料種類較多，如 ：氧化物包覆三氧化二鋁（Al2O3）、二氧化鈦（TiO2）、磷酸鹽（MPO4）包覆〔M=鋁（Al）、鐵（Fe）、鈷（C o）〕、氫氧化鋁〔Al (OH )3〕包覆、碳包覆和有機物包覆，雖然不能從理論上確定哪類包覆材料最適合于表面修飾，但都在一定程度上提高了正極材料的熱穩(wěn)定性。Ch o等[8]研究發(fā)現(xiàn)，采用納米磷酸鋁（AlPO4）顆粒包覆LixCoO2能有效地抑制正極材料與電解液之間的放熱反應。

    摻雜改性的最初目的在于提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性從而提高材料循環(huán)性能，然而隨著人們對摻雜的深入研究，發(fā)現(xiàn)摻雜材料的熱穩(wěn)定性也得到明顯提高。M adh avi等[9]在研究Al、鎂（M g）摻 雜 對LiNi0.7C o0.3O2熱穩(wěn)定性的影響時發(fā)現(xiàn)，Al摻雜材料的放熱起始溫度并沒有發(fā)生移動，但是放熱量卻明顯減少。當摻入M g后，Li(Ni0.7C o0.3)0.9Al0.05M g0.05O2放熱起始溫度由 223℃提高到 256℃，熱穩(wěn)定性進一步提高。與包覆相比，離子摻雜是起到穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的作用，不能減少電極材料與電解液之間的接觸面積，但能很大程度地提高材料熱穩(wěn)定性，與此同時，其工藝也相對復雜[10]。

（2）負極材料

早期負極材料直接采用金屬鋰，金屬鋰具有價格低廉和比容量高等優(yōu)點。但是，以金屬鋰組裝的電池熱穩(wěn)定性很差，在多次充電過程中易產(chǎn)生鋰枝晶，會刺破隔膜導致短路、甚至發(fā)生爆炸[11]。嵌鋰化合物的使用有效地避免了鋰枝晶的產(chǎn)生，從而大大提高了鋰離子電池的安全性。目前負極材料的研究主要集中在碳基材料、鋰的錫或硅合金、氮化物、氧化物和Li4Ti5O12

等體系。

碳基材料是當前鋰離子電池使用的負極材料，主要包括石墨、碳纖維、中間相碳微球（MCMB）和硬炭等。碳基材料充放電過程中鋰離子從碳顆粒中嵌入和脫出，減少了產(chǎn)生鋰枝晶的可能，從而提高了鋰離子電池的熱穩(wěn)定性。

這幾種碳材料的熱穩(wěn)定性不同，且存在一定的爭議。有文獻報道認為，在相同的充放電條件下，電解液與嵌鋰人造石墨反應的放熱速率遠大于與嵌鋰碳纖維和MCMB等的反應速率。這是因為石墨類材料層間距最小，在鋰離子的嵌入和脫出過程中形變最大，鋰離子在此類碳層中的擴散速度也較慢，大電流充放電時，極化大、電阻大、電池的安全性差，硬碳類材料則反之[12-14]。然而也有人認為，石墨化程度增加可以降低鋰離子擴散的活化能，有利于鋰離子的擴散，而硬碳類材料由于內(nèi)部存在大量的空洞，大電流充放電時，其表現(xiàn)接近于金屬鋰負極，安全性反而不好。