一、鋰電池負(fù)極容量不足

當(dāng)鋰電池正極部位的負(fù)極部位容量不足時(shí)，充電時(shí)所產(chǎn)生的鋰原子無法插入負(fù)極石墨的間層結(jié)構(gòu)中，會(huì)析在負(fù)極的表面，形成結(jié)晶。

在鋰電池中長(zhǎng)期形成結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致短路，這時(shí)電芯急劇放電，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜。高溫會(huì)使電解液分解成氣體，當(dāng)壓力過大時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。

二、水份含量過高

充電時(shí)，水份可以和鋰發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時(shí)很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會(huì)使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無法承受時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。

三、內(nèi)部短路

內(nèi)部電芯短路造成大電流放電，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜，而造成更大的短路現(xiàn)象，會(huì)使電解液分解成氣體，內(nèi)部壓力過大，電芯就會(huì)爆炸。

四、鋰電池過充

電芯過充電時(shí)，正極的鋰過度放出會(huì)使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而放出的鋰過多也容易無法插入負(fù)極中，也容易造成負(fù)極表面析鋰，而且，當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時(shí)，電解液會(huì)分解生產(chǎn)大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。

五、外部短路

外部短路可能由于正負(fù)極接錯(cuò)所導(dǎo)致，由于外部短路，電池放電電流很大，會(huì)使電芯的發(fā)熱，高溫會(huì)使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。鋰電池在使用過程中會(huì)產(chǎn)生枝晶，枝晶斷裂不僅會(huì)導(dǎo)致電池容量衰減，壽命打折，還可能刺透隔膜使電池短路起火引發(fā)安全問題。南開大學(xué)梁嘉杰、陳永勝教授課題組與江蘇師范大學(xué)賴超課題組合作提出了解決這一問題的新優(yōu)化策略，成功制備了具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為復(fù)合負(fù)極材料。這一載體可抑制鋰枝晶產(chǎn)生，從而可實(shí)現(xiàn)電池超高速充電，有望大幅延長(zhǎng)鋰電池“壽命”。該研究成果在最新一期《先進(jìn)材料》上發(fā)表。。

近年來，世界各國有不少相關(guān)研究在鋰負(fù)極材料的設(shè)計(jì)合成上取得重要突破，但至今仍無法抑制金屬鋰在大電流密度充放電下枝晶產(chǎn)生以及電極體積膨脹的問題，因此鋰電池的長(zhǎng)壽命、大容量“快充快放”依然難以逾越。

“把金屬鋰沉積到具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔集流體中構(gòu)建金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料，是目前解決上述困難的有效途徑之一。”梁嘉杰介紹說。基于此認(rèn)識(shí)，課題組首次提出實(shí)現(xiàn)超高電流密度及超長(zhǎng)循環(huán)壽命的理想金屬鋰負(fù)極三維載體材料選擇及優(yōu)化策略。他們利用石墨烯宏觀體三維網(wǎng)絡(luò)作為機(jī)械骨架，銀納米線二維網(wǎng)絡(luò)作為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，通過低成本、與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的涂布—冷干法，制備具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的銀納米線—石墨烯三維多孔載體，并負(fù)載金屬鋰作為金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料。

經(jīng)測(cè)試，該金屬鋰復(fù)合負(fù)極材料的比容量可達(dá)2573mAh/g；對(duì)稱電池測(cè)試中，首次實(shí)現(xiàn)了在極高電流密度40mAh/cm2下反復(fù)充放電1000周以上，并且過電勢(shì)低于120毫伏。通過電鏡觀察可以看到，該多級(jí)三維結(jié)構(gòu)載體即使在極大電流充放電的循環(huán)條件下，仍能成功抑制金屬鋰負(fù)極中鋰枝晶生長(zhǎng)以及電極體積變化。