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：充滿電后，仍舊有大量的鋰離子留在正極，當(dāng)過充時，殘留在正極的鋰離子將會涌向負(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必然的結(jié)果，甚至在正常充放電過程中，也有可能會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，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。

　　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，允許鋰離子的通過。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。

　　防爆閥：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。

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

　　總之，隨著材料技術(shù)的進步和人們對磷酸鐵鋰電池組的設(shè)計、制造、檢測和使用諸方面要求的認(rèn)識不斷加深，未來的鋰離子電池會變得更安全。目前的鋰電池組安全測試和評估是在各種濫用條件下對成品電池進行各種安全測試，并在這些條件下測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比

　　鎳鈷錳酸鋰三元電池

　　在實際可用的理論比能量上有極大的提高，相對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，做成材料的實際可達容量為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向負(fù)極游動，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，就會給刺穿隔膜提供機會，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，閃點和沸點較低，在溫度較高的情況下就會燃燒甚至爆炸?？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，不能用于動力電池。

　　錳酸鋰電池

　　錳酸鋰電池的材料具有一定的有點，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，檢測合格的錳酸鋰電池一般不會發(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。