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研究磷酸鐵鋰離子電池的安全性
采用磷酸鐵鋰材料對(duì)磷酸鐵鋰離子電池的安全性進(jìn)行了研究
磷酸亞鐵鋰是一個(gè)重要的正極材料的鋰離子電池,世界各地的廣泛認(rèn)可,安全問(wèn)題是動(dòng)力型鋰離子電池用于電動(dòng)汽車時(shí)最關(guān)心的,很多因素影響,包括陽(yáng)極材料、膜、電解液和電池設(shè)計(jì)和電源管理系統(tǒng)等一系列問(wèn)題。目前，對(duì)鋰離子電池的安全性測(cè)試和評(píng)價(jià)都是通過(guò)對(duì)成品電池在不同的過(guò)度使用狀態(tài)下進(jìn)行取樣，并在這些條件下測(cè)試磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰離子電池的優(yōu)異安全性能。與鋰離子電池安全性相關(guān)的一個(gè)更重要的因素是，由于材料和電池的內(nèi)在原因，短路的可能性和短路的高概率。以金屬鋰為負(fù)極的鋰二次電池在充放電過(guò)程中由于鋰枝晶的出現(xiàn)會(huì)穿透隔膜造成內(nèi)部短路的安全問(wèn)題而被放棄。
鋰離子電池在正常使用中通常被認(rèn)為是安全的，正如豐田公司使用鎳化合物作為陰極材料所證明的那樣，鎳化合物被認(rèn)為是行業(yè)中最不安全的。雖然熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的磷酸亞鐵鋰材料是最高的在所有當(dāng)前的正面材料熱力學(xué),并已驗(yàn)證在實(shí)際安全性能測(cè)試,這可能是最不安全的內(nèi)部短路的可能性和概率的材料和電池。
首先,從材料制備磷酸鐵鋰的固相燒結(jié)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)(盡管有些液相合成技術(shù)合成過(guò)程,但最終都要高溫固相燒結(jié)過(guò)程),有一個(gè)固體磷酸、氧化鐵和鋰鹽,加上前體和碳減排氣溶膠。為了確保在磷酸亞鐵鋰是正二價(jià)鐵,燒結(jié)反應(yīng)必須在還原性氣氛,和的過(guò)程中減少鐵三價(jià)鐵二價(jià)的鐵離子在強(qiáng)還原性氣氛,可以減少鐵二價(jià)的鐵離子微量鐵在一個(gè)步驟。單質(zhì)鐵會(huì)導(dǎo)致電池短路，這是電池中最忌諱的物質(zhì)，也是日本在動(dòng)態(tài)鋰離子電池中不使用磷酸鐵鋰的重要原因之一。另外，固相反應(yīng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是反應(yīng)的緩慢和不完全，這使得在磷酸鐵鋰中存在痕量的Fe2O3成為可能。美國(guó)Argonne實(shí)驗(yàn)室將磷酸鐵鋰高溫循環(huán)不良的缺陷歸結(jié)為充放電循環(huán)中Fe2O3的溶解和單質(zhì)鐵在負(fù)極上的沉淀。此外，為了提高磷酸鐵鋰的性能，其顆粒必須是納米級(jí)的。納米材料的顯著特點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性低，化學(xué)活性高，這在一定程度上也新增了鐵在磷酸鐵鋰中溶解的可能性，特別是在高溫循環(huán)和儲(chǔ)存條件下。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，通過(guò)化學(xué)分析或能譜分析在負(fù)極上檢測(cè)到了鐵的存在。
從制備磷酸亞鐵鋰離子電池,由于磷酸鐵鋰納米顆粒小,比表面積高,因此碳涂層過(guò)程中,氣體,如活性炭比表面積高空氣中水分和有很強(qiáng)的吸附、電極加工性能差,粘結(jié)劑附著力差的納米顆粒。納米顆粒在電池制備、充放電周期和電池儲(chǔ)存過(guò)程中容易與電極分離，導(dǎo)致電池短路。
據(jù)我們所知，磷酸鐵鋰離子電池?zé)o論是在電池制造商的制造過(guò)程中，還是在消費(fèi)者的使用過(guò)程中，其短路率都很高。電池廠家經(jīng)常從電池的制備過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，但由于磷酸鐵鋰材料內(nèi)部原因造成的短路問(wèn)題往往不被認(rèn)識(shí)。A123的18650型磷酸鐵鋰離子電池幾年前在一輛行駛在高速公路上的電動(dòng)汽車上起火。
