什么是鋰電池發(fā)熱，鋰電池為什么會發(fā)熱？
來源：上海寶鄂
2019-02-28 10:48
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安全性問題安全性問題一直是動力鋰離子電池研發(fā)生產(chǎn)的頭號難題，隨著電池起火、爆炸事故頻現(xiàn)報端，動力鋰電池安全問題再次被推至輿論的風(fēng)口浪尖。
有人認(rèn)為，在動力鋰電池安全性問題中，電極材料中的正極材料是關(guān)鍵，也是引發(fā)鋰離子動力電池安全隱患的主要原因；也有人指出，動力鋰電池發(fā)展到今天，正極材料已經(jīng)足夠滿足其安全性需求了，首要問題可能還不是材料，而是電池的設(shè)計。
一位鋰電池行業(yè)的資深從業(yè)者告訴記者，“正極材料和電解液的熱反應(yīng)是電池?zé)崾Э匕l(fā)生的主要原因。”
正極材料尤為關(guān)鍵
“電池應(yīng)用在汽車上其實有很多需要考量的安全問題，磷酸鐵鋰可以解決電池由于材料所造成的安全性問題。”立凱亞以士總經(jīng)理楊智偉表示。
記者了解到，在動力鋰電池的安全性問題中，電極材料中正極材料尤為關(guān)鍵，也是引發(fā)動力鋰電池安全隱患的主要原因。
電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動力鋰電池安全性的重要因素，和負(fù)極材料相比，正極材料能量密度和功率密度低，其與電解液的熱反應(yīng)也被認(rèn)為是電池?zé)崾Э匕l(fā)展的主要誘因。因此，尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料成為動力鋰電池的關(guān)鍵。
一位從業(yè)多年的正極材料生產(chǎn)商告訴記者，衡量正極材料的安全性主要在于兩個方面：一是看其是否容易在充電時形成枝晶；二是看其發(fā)生氧化還原放熱反應(yīng)的溫度。
電池充電時，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負(fù)極直接短路。而且，金屬鋰非?；顫姡芍苯雍碗娊庖悍磻?yīng)放熱，其熔點(diǎn)又很低，即使表面金屬鋰枝晶沒有刺穿隔膜，只要溫度稍高，金屬鋰就會溶解，從而引發(fā)短路。材料發(fā)生氧化還原熱反應(yīng)的溫度越高，表明其氧化能力越弱，正極材料的氧化能力越強(qiáng)，發(fā)生反應(yīng)就越劇烈，也越容易引發(fā)安全事故。
高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)顯示，鈷酸鋰和三元材料具有較強(qiáng)的氧化性，用于動力電池的安全隱患較大，一般不作為動力電池正極材料使用；錳酸鋰和磷酸鐵鋰的氧化性弱，熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于鈷酸鋰和三元材料，被認(rèn)為是目前最適合用于動力鋰電池的正極材料。
中信國安盟固利技術(shù)人員安洪力表示，“錳酸鋰和磷酸鐵鋰應(yīng)用在動力電池的安全系數(shù)比較高，兩者相較，磷酸鐵鋰對原材料的一致性要求又更高一點(diǎn)，工藝也更復(fù)雜，錳酸鋰相對來說，原材料控制得更好一些，所以做電池的工藝相對磷酸鐵鋰容易一點(diǎn)。”
有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，磷酸鐵鋰能量密度低，重量體積功率低，很難滿足動力電池用在汽車上的可持續(xù)發(fā)展。
對此，楊智偉表示同意這個觀點(diǎn)，但他同時指出，“就目前的化學(xué)體系來看，還找不到比磷酸鐵鋰更安全的正極材料，國家支持的項目為什么都是以磷酸鐵鋰為主的原因也在這里。而錳酸鋰在高溫下的循環(huán)狀況不好，汽車因為發(fā)熱量比較大，所以它的循環(huán)衰減是非常明顯的。”
目前，國內(nèi)汽車動力電池還是以磷酸鐵鋰為主流，但日韓特別是日本仍以錳系居多，安洪力表示，一方面是國內(nèi)錳酸鋰的技術(shù)不行，另一方面國人有看法偏差，專家還是更傾向于磷酸鐵鋰，但在成本上，錳酸鋰更具優(yōu)勢。
磷酸鐵鋰的優(yōu)勢在于安全性好，循環(huán)壽命長，所以在電動汽車和儲能領(lǐng)域應(yīng)用較多。但由于專利問題限制，雖然國內(nèi)有眾多廠家研發(fā)生產(chǎn)磷酸鐵鋰動力電池，但因技術(shù)和制程水平差異，產(chǎn)品質(zhì)量仍良莠不齊。而錳酸鋰和三元材料在電動自行車和電動工具上有絕對優(yōu)勢。
電解液的安全保障
電解液與電極的相容性直接影響電池的性能，作為一種易燃的有機(jī)溶劑，鋰電池電解液也成為動力電池發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故的主要原因之一。有業(yè)內(nèi)人士指出，“如果采用現(xiàn)有的消費(fèi)電子鋰電池的電解液配方，是無法做出有價值的動力鋰電池的”。
從電池安全性考慮，要求電解液具有良好的熱穩(wěn)定性，使電池在發(fā)熱產(chǎn)生高溫的條件下仍保持穩(wěn)定，不至于電池發(fā)生熱失控。新宙邦毛玉華表示，“對動力電池安全性造成威脅的，主要是電解液的可燃性。目前有兩種方式可增強(qiáng)其安全性，一個是做阻燃電解液，另一個是做聚合物的電池。”
據(jù)了解，阻燃電解液通常是通過在常規(guī)電解液中加入阻燃劑獲得的，加入阻燃劑是為了提高其燃燒的氧指數(shù)，一般材料的氧指數(shù)超過27時就屬于難燃物質(zhì)。在電解液中加入阻燃劑，能有效抑制電解液的燃燒，被認(rèn)為是目前提高鋰離子電池安全性最直接有效的方法。毛玉華表示，“新宙邦的阻燃電解液已經(jīng)研發(fā)好幾年了。”
對于動力電池的電解液而言，阻燃劑的添加并非難事，如何在保證電解液安全性的同時，兼顧其它常規(guī)性能成為阻燃電解液研發(fā)的難點(diǎn)。對此，毛玉華認(rèn)為，“如果影響了常規(guī)性能，只能說明選擇的添加劑不對，或者做的方法不對，新宙邦的阻燃電解液是不會影響常規(guī)性能的。”
阻燃電解液的能否發(fā)展，成本問題很關(guān)鍵，尋找高效廉價的阻燃劑，也成為目前阻燃電解液研究需要迫切解決的問題。毛玉華表示，新宙邦的阻燃電解液有幾種方案，有一種方案價格跟常規(guī)電解液差不多，第二種方案價格則較常規(guī)貴兩倍多。
此外，他指出，相對于阻燃電解液，聚合物電池發(fā)展更為成熟，但聚合物電池目前也還沒有商業(yè)化應(yīng)用在動力電池，仍處于技術(shù)摸索階段。
“電池在汽車的應(yīng)用上其實還有很多需要考量的安全問題”，楊智偉認(rèn)為，磷酸鐵鋰是可以解決電池由于材料所造成的安全性問題，但電池怎么組裝、怎么使用，包括機(jī)電的配合等，都還有很多安全隱患存在。
對于鋰電池的研制和生產(chǎn)來說，電池的安全性不僅指在各種測試條件下不出現(xiàn)起火、爆炸等現(xiàn)象，最為重要的是，要確保使用者在電池濫用的條件下不受到傷害。隨著電池體系、材料等安全性問題的深入研究，需要從設(shè)計、生產(chǎn)到使用，共同努力，確保動力鋰電池的安全。
正如一位在鋰電行業(yè)多年的PACK商所說，“動力鋰電池的安全性是一個很重要的體系問題，它是一個系統(tǒng)工程，不管是制作工藝也好，包括材料如何匹配，電池如何組裝，包括保護(hù)板、電池測試等，都是需要很多團(tuán)隊去潛心研究的一個東西。
