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    鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源

    三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池安全嗎

    2021-06-10 ryder

    三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池安全嗎?今朝,人們購買新能源汽車客觀上要在磷酸鐵鋰離子電池和三元鋰離子電池兩種技術之間進行二選一的選擇。三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池各自特性不同,主要矛盾聚集在“能量密度”和“安全性”上。三元鋰離子電池能量密度更大,但安全性常常受到懷疑。磷酸鐵鋰離子電池雖然能量密度小,但大家說它更安全。


    三元鋰離子電池安全嗎?


    三元鋰離子電池是指正極材料使用鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰離子電池,鋰電池的正極材料有很多種,主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。三元鋰離子電池被業內視為是目前國內純電動車的電池技術路線中正在快速發展的一種,與之相對的是磷酸鐵鋰離子電池。


    對于電動車來說,不管是商用還是乘用,都是事關人身安全,非得把安全放在第一位!三元鋰離子電池在安全性方面很不靠譜。車禍中,外力撞擊會損壞電池隔膜,進而導致短路,而短路時發出的熱量會造成電池熱失控,并迅速將溫度升至300℃以上。


    三元鋰離子電池熱穩定性較差,堅持不到300℃就會分析出氧分子,遇到電池中可燃的電解液、碳材料后一點就著,萌生的熱量進一步加劇正極分析,在極短的時間內就會爆燃。相比之下,另一種廣泛使用的磷酸鐵鋰離子電池可以堅持到700-800℃,而且不會分析出氧分子,安全性要高得多。正是基于安全性考慮,在中國,搭載三元鋰離子電池的客車一度無法進入工信部新能源汽車推薦車型目錄。


    當三元鋰離子電池充放電時,由于鐵離子氧化能力不強,不會放出氧氣,自然也就難以與電解質發生氧化還原反應,這使得三元鋰離子電池充放電過程處在一個安全的環境中。不但如此,三元鋰離子電池在大倍率放電,甚至過充放電過程中,也難以發生劇烈的氧化還原反應。


    同時,鋰在脫嵌后,晶格變化使晶胞終體積會縮小,這正好抵銷了碳負極在反應中增加的體積,所以,在充放電中三元鋰離子電池能夠保持物理結構的穩定,消除了體積增大而萌生電池爆裂現象的隱患。


    通常,三元鋰離子電池包還帶有均衡管理系統,通過關鍵參數控制保證鋰離子電池使用的安全性,這一點則是各類鋰離子電池包的共同特點。電動車的電池安全很關鍵,三元鋰離子電池的好處是體積小、能量密度大,適用于小型車、輕功率車。但是如果技術過關、質量把控得好,大型車上也可以用。


    磷酸鐵鋰離子電池安全嗎?


    磷酸鐵鋰離子電池理論容量是170mAh/g,做成材料的實際可達容量為160mAh/g。在安全性上,磷酸鐵鋰熱穩定高,電解液氧化能力低,因而安全性高;但缺陷是電導率低,體積過大,電解液用量多,由于容量大,電池的一致性較差。


    磷酸鐵鋰離子電池是目前最安全的鋰電池正極材料,不含任何對人體有害的重金屬元素,其橄欖石結構中氧氣很難析出,提高了材料的穩定性。磷酸鐵鋰離子電池加工流程與其他鋰離子電池品種大體相同,其核心工序有:配料、涂布、輥壓、制片、卷繞。在配料環節,磷酸鐵鋰材料導電性能相對較差,所以,顆粒一般做得更小一些,這樣做的客觀效果是:內部排列更為平均,促使其形成了平衡的電壓平臺,工作時能夠保持電池的狀態穩定。


    磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩固,難以分析,即便在高溫或過充時也不會像鈷酸鋰一樣結構崩塌發熱或是形成強氧化性物質,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試驗中發現有小部分樣品出現燃燒現象,但未出現一例爆炸事件。


    總的來說,動力電池的安全,是一個系統問題,不只是材料的原由。從之前的純電動客車自燃事故來看,有三元鋰離子電池,也有磷酸鐵鋰離子電池。所以單純認為三元鋰離子電池不安全,是不太適宜的。三元鋰材料容易熱解,但是不代表三元鋰離子電池不安全;磷酸鐵鋰材料不易熱解,但是不代表磷酸鐵鋰離子電池就是安全的。

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