大容量磷酸鐵鋰電池組的安全性問題如何解決

來源：存能電氣  日期：2019-05-29 11:08  瀏覽量：次

　　大容量磷酸鐵鋰電池組的安全性問題如何解決？磷酸鐵鋰電池組的安全性問題，不僅與電池材料本身性質(zhì)有關(guān)，而且與電池制備技術(shù)和使用有關(guān)。鋰電池儲(chǔ)存的總能量和其安全性是成反比的，隨著電池容量的增加，電池體積也在增加，其散熱性能變差，出事故的可能性將大幅增加。

　　大容量磷酸鐵鋰電池組的安全性問題如何解決？

　　鋰電池組需要從根本的原理技術(shù)上解決安全性問題。以往大家大多是從工藝上考慮提高電池的安全性，比如設(shè)計(jì)安全閥、避免短路、控制制造過程等，但這些工作只能說是盡量地減少安全事故，不可能完全避免事故?？梢酝ㄟ^優(yōu)化磷酸鐵鋰電池的構(gòu)造及設(shè)計(jì)提升安全性。如選用熱穩(wěn)定性高的正極材料、耐燃電解液、鋰不析出的負(fù)極材料及高性能隔膜等。

　　選擇安全的正極材料，目前的正極有鈷酸鋰和錳酸鋰兩種量產(chǎn)的材料產(chǎn)品。鈷酸鋰在小電芯方面是很成熟的體系，由于鈷酸鋰在分子結(jié)構(gòu)方面（LiCo）的特點(diǎn)：充滿電后，仍舊有大量的鋰離子留在正極，當(dāng)過充時(shí)，殘留在正極的鋰離子將會(huì)涌向負(fù)極，在負(fù)極上形成枝晶是采用鈷酸鋰材料的電池過充時(shí)必然的結(jié)果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會(huì)有多余的鋰離子游離到負(fù)極形成枝晶。

　　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(fù)極炭孔中，從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。同時(shí)錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)，使其氧化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，分解溫度超過鈷酸鋰100度，即使由于外力發(fā)生內(nèi)部短路（針刺），外部短路，過充電時(shí)，也完全能夠避免了由于析出金屬鋰引發(fā)燃燒、爆炸的危險(xiǎn)。

　　選擇熱關(guān)閉性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔離鋰電池組正負(fù)極的同時(shí)，允許鋰離子的通過。當(dāng)溫度升高時(shí)，在隔膜熔化前進(jìn)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。

　　防爆閥：當(dāng)內(nèi)部壓力或溫度達(dá)到預(yù)置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，防爆閥將打開，開始進(jìn)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。

　　通常保護(hù)電路需起到防止過充電，過放電，超大電流的作用。主要原理是通過測(cè)量每一只電芯的電壓和總電流，控制開關(guān)電路進(jìn)行整個(gè)回路的關(guān)斷，在電路的設(shè)計(jì)上并沒有過高的難度。但保護(hù)電路的設(shè)計(jì)是否合理，可靠性是否足夠高，是考驗(yàn)生產(chǎn)廠商的能力。

　　總之，隨著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)磷酸鐵鋰電池組的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和使用諸方面要求的認(rèn)識(shí)不斷加深，未來的鋰離子電池會(huì)變得更安全。目前的鋰電池組安全測(cè)試和評(píng)估是在各種濫用條件下對(duì)成品電池進(jìn)行各種安全測(cè)試，并在這些條件下測(cè)試磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰電池的優(yōu)異安全性能。

　　四種鋰電池的安全性對(duì)比

　　鎳鈷錳酸鋰三元電池

　　在實(shí)際可用的理論比能量上有極大的提高，相對(duì)于與鈷酸鋰電池而言，可以更好的發(fā)揮高容量作用，但從材料上看，三元電池采用鎳鈷錳酸鋰和有機(jī)電解液，暫未從根本上解決安全性問題，如果電池發(fā)生短路講產(chǎn)生過大電流，從而引發(fā)安全隱患。

　　磷酸鐵鋰電池

　　理論容量是170mAh/g，做成材料的實(shí)際可達(dá)容量為160mAh/g。在安全性上，磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定高，電解液氧化能力低，因而安全性高；但缺陷是電導(dǎo)率低，體積過大，電解液用量多，由于容量大，電池的一致性較差。

　　鈷酸鋰電池

　　在制備上的*特點(diǎn)是，在充滿電后，仍有大量的鋰離子留在正極，也就是說，在負(fù)極上容納不了更多的附在正極上的鋰離子，但在過充狀態(tài)下，正極上多余的鋰離子仍會(huì)向負(fù)極游動(dòng)，因不能完全容納變回在負(fù)極上形成金屬鋰，由于金屬鋰是樹枝狀的晶體，因而被稱為枝晶，枝晶一旦形成，就會(huì)給刺穿隔膜提供機(jī)會(huì)，隔膜刺穿將形成內(nèi)部短路。由于電解液的主要成分是碳酸酯，閃點(diǎn)和沸點(diǎn)較低，在溫度較高的情況下就會(huì)燃燒甚至爆炸?？刂其囍У男纬稍谛∪萘夸囯姵厣媳容^容易，因此鈷酸鋰電池目前僅限于便攜式電子設(shè)備等小容量電池，不能用于動(dòng)力電池。

　　錳酸鋰電池

　　錳酸鋰電池的材料具有一定的有點(diǎn)，它可以保證在滿電狀態(tài)下，正極的鋰離子可以完全嵌入到負(fù)極炭孔中，而不是像鈷酸鋰那樣在正極有一定殘留，這就從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生，總之，檢測(cè)合格的錳酸鋰電池一般不會(huì)發(fā)生安全事故，錳酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)使其氧化性能遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使外部短路，也基本能避免析出金屬鋰引發(fā)的燃燒和爆炸。

　　由于磷酸鐵鋰電池組的能量特性還是越來越受到人們的追捧，因此安全性問題，更需亟待解決和提高。鋰電池最重要的安全隱患來自于電解液，目前選擇的液態(tài)有機(jī)電解液易燃易爆。用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的提升鋰電池安全性能最為有效的選擇。