如何规避大容量磷酸铁锂离子电池组的安全性问题?

2020-11-17 09:48 ryder

大容量磷酸铁锂电池组的安全性问题如何解决?

锂电池组需要从根本的原理技术上解决安全性问题。以往大家大多是从工艺上考虑提高电池的安全性,比如设计安全阀、避免短路、控制制造过程等,但这些工作只能说是尽量地减少安全事故,不可能完全避免事故。可以通过优化磷酸铁锂电池的构造及设计提升安全性。如选用热稳定性高的正极材料、耐燃电解液、锂不析出的负极材料及高性能隔膜等。

选择安全的正极材料,目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品。钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系,由于钴酸锂在分子结构方面(LiCo)的特点:充满电后,仍旧有大量的锂离子留在正极,当过充时,残留在正极的锂离子将会涌向负极,在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果,甚至在正常充放电过程中,也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶。

选择锰酸锂材料,在分子结构方面保证了在满电状态,正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中,从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构,使其氧化性能远远低于钴酸锂,分解温度超过钴酸锂100度,即使由于外力发生内部短路(针刺),外部短路,过充电时,也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。

锂电池的安全性对比

镍钴锰酸锂三元电池

在实际可用的理论比能量上有极大的提高,相对于与钴酸锂电池而言,可以更好的发挥高容量作用,但从材料上看,三元电池采用镍钴锰酸锂和有机电解液,暂未从根本上解决安全性问题,如果电池发生短路讲产生过大电流,从而引发安全隐患。

磷酸铁锂电池

理论容量是170mAh/g,做成材料的实际可达容量为160mAh/g。在安全性上,磷酸铁锂热稳定高,电解液氧化能力低,因而安全性高;但缺陷是电导率低,体积过大,电解液用量多,由于容量大,电池的一致性较差。

钴酸锂电池

在制备上的*特点是,在充满电后,仍有大量的锂离子留在正极,也就是说,在负极上容纳不了更多的附在正极上的锂离子,但在过充状态下,正极上多余的锂离子仍会向负极游动,因不能完全容纳变回在负极上形成金属锂,由于金属锂是树枝状的晶体,因而被称为枝晶,枝晶一旦形成,就会给刺穿隔膜提供机会,隔膜刺穿将形成内部短路。由于电解液的主要成分是碳酸酯,闪点和沸点较低,在温度较高的情况下就会燃烧甚至爆炸。控制锂枝晶的形成在小容量锂电池上比较容易,因此钴酸锂电池目前仅限于便携式电子设备等小容量电池,不能用于动力电池



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