磷酸鐵鋰電池的安全性能如何？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-01 16:53
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首先，從材料的制備來說，磷酸鐵鋰的固相燒結(jié)反應(yīng)是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)（盡管有一些合成技術(shù)宣稱是液相合成工藝，但是最終都需要高溫固相燒結(jié)這一過程），有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。為了保證磷酸鐵鋰中的鐵元素是正二價，燒結(jié)反應(yīng)必須在還原性氣氛中進行，而較強的還原性氣氛在將三價鐵離子還原成正二價鐵離子的過程中，存在將正二價鐵離子進一步還原成微量單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)，這也是日本沒有將磷酸鐵鋰應(yīng)用于動力型鋰離子電池中的主要原因之一。
從磷酸鐵鋰電池制備的方面來說，由于磷酸鐵鋰納米級顆粒較小，比表面積較高，并且由于采用碳包覆工藝，高比表面積的活性炭對空氣中的水分等氣體具有很強的吸附作用，造成電極加工性能不佳，粘結(jié)劑對其納米顆粒的粘附力較差。無論在電池制備過程中還是在電池的充放電循環(huán)和儲存時，納米顆粒都容易從電極上脫離，造成電池的內(nèi)部微短路。電池廠家的制造過程中還是在消費者使用過程中，短路率較高。電池廠家往往多從電池制備工藝入手去查找問題，而對由于磷酸鐵鋰材料內(nèi)在的原因引起短路這一問題往往認識不到。美國A123的18650型磷酸鐵鋰電池幾年前就在電動車上起火爆炸過，當時汽車在高速公路上行駛。后來的調(diào)查結(jié)果認為是接線的螺絲沒有擰緊，導(dǎo)致過熱引起電池起火爆炸。
安全性能的改善
磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。有報告指出，實際操作中針刺或短路實驗中發(fā)現(xiàn)有小部分樣品出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象，但未出現(xiàn)一例爆炸事件，而過充實驗中使用大大超出自身放電電壓數(shù)倍的高電壓充電，發(fā)現(xiàn)依然有爆炸現(xiàn)象。雖然如此，其過充安全性較之普通液態(tài)電解液鈷酸鋰電池，已大有改善。
壽命的改善
磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。
長壽命鉛酸電池的循環(huán)壽命在300次左右，最高也就500次，而磷酸鐵鋰動力電池，循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次。同質(zhì)量的鉛酸電池是“新半年、舊半年、維護維護又半年”，最多也就1~1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，理論壽命將達到7~8年。綜合考慮，性能價格比理論上為鉛酸電池的4倍以上。大電流放電可大電流2C快速充放電，在專用充電器下，1.5C充電40分鐘內(nèi)即可使電池充滿，起動電流可達2C,而鉛酸電池無此性能。
高溫性能好
磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。工作溫度范圍寬廣（-20C--+75C），有耐高溫特性磷酸鐵鋰電熱峰值可達350℃-500℃而錳酸鋰和鈷酸鋰只在200℃左右。
國內(nèi)現(xiàn)在普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，從政府、科研機構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作為動力型鋰離子電池的發(fā)展方向。分析其原因，主要有下列兩點：首先是受到美國研發(fā)方向的影響，美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做鋰離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的錳酸鋰材料。但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，歸結(jié)起來主要有以下幾點：
1、在磷酸鐵鋰制備時的燒結(jié)過程中，氧化鐵在高溫還原性氣氛下存在被還原成單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)。這也是日本一直不將該材料作為動力型鋰離子電池正極材料的主要原因。
2、磷酸鐵鋰存在一些性能上的缺陷，如振實密度與壓實密度很低，導(dǎo)致鋰離子電池的能量密度較低。低溫性能較差，即使將其納米化和碳包覆也沒有解決這一問題。美國阿貢國家實驗室儲能系統(tǒng)中心主任Don Hillebrand博士談到磷酸鋰鐵電池低溫性能的時候，他用terrible來形容，他們對磷酸鐵鋰型鋰離子電池測試結(jié)果表明表明磷酸鐵鋰電池在低溫下（0℃以下）無法使電動汽車行駛。
