鉅大LARGE | 點擊量:26854次 | 2019年07月25日
磷酸鐵鋰電池爆炸起火的原因及后果
磷酸鐵鋰電池爆炸起火的原因及后果?過去的幾年,使用三元鋰電池的電動汽車多次發(fā)生過起火爆炸。于是負面新聞相對較少的磷酸鐵鋰電池,被貼上了“絕對安全”的標簽,成為曾經(jīng)電動汽車動力電池的首選。但進年來,磷酸鐵鋰電池頻頻出現(xiàn)爆炸起火的傳聞,磷酸鐵鋰不是安全性能很高嗎?為什么會起火,接下來,小編就帶大家看看磷酸鐵鋰電池爆炸起火的原因及后果。
磷酸鐵鋰電池爆炸起火的原因及后果
磷酸鐵鋰電池在一般情況下是不會出現(xiàn)爆炸起火的的。正常使用時磷酸鐵鋰電池的安全性較高,但是事無絕對,在一些極端情況下還是會發(fā)生危險的。這跟各公司的材料選擇、配比、工藝過程以及后期的使用是有很大關(guān)系的。
盡管磷酸鐵鋰材料從熱力學(xué)方面來說,其熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型是目前所有正極材料中最高的,并且在實際安全性能測試中也被驗證,但從材料以及電池內(nèi)在發(fā)生短路的可能性和幾率來看,它可能又是最不安全的。
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),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。此外,固相反應(yīng)一個顯著的特點是反應(yīng)的緩慢性和不徹底性,這使得在磷酸鐵鋰中存在微量Fe2O3的可能性,美國阿貢實驗室將磷酸鐵鋰高溫循環(huán)性差的缺陷歸結(jié)為Fe2O3在充放電循環(huán)過程中的溶解以及單質(zhì)鐵在負極上的析出。此外,為了提高磷酸鐵鋰的性能,必須將其顆粒納米化。而納米材料的一個顯著特點是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較低,化學(xué)活性較高,這在某種程度上也增加了磷酸鐵鋰中鐵溶解的幾率,特別是在高溫循環(huán)與儲存條件下。而實驗結(jié)果也表明,在負極上通過化學(xué)分析或者能譜分析,測試到鐵元素的存在。
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。
當(dāng)然這只是在制作過程中的問題,鋰電池的工藝技術(shù)發(fā)展飛快。有些工藝技術(shù)已經(jīng)非常的優(yōu)秀。
磷酸鐵鋰電池工作原理
作為充電電池的要求是:容量高、輸出電壓高、良好的充放電循環(huán)性能、輸出電壓穩(wěn)定、能大電流充放電、電化學(xué)穩(wěn)定性能、使用中安全(不會因過充電、過放電及短路等操作不當(dāng)而引起燃燒或爆炸)、工作溫度范圍寬、無毒或少毒、對環(huán)境無污染。采用磷酸鐵鋰作正極的磷酸鐵鋰電池在這些性能要求上都不錯,特別在大放電率放電(5~10C放電)、放電電壓平穩(wěn)上、安全上(不燃燒、不爆炸)、壽命上(循環(huán)次數(shù))、對環(huán)境無污染上,它是最好的,是目前最好的大電流輸出動力電池。
LiFePO4作為電池的正極,由鋁箔與電池正極連接,中間是聚合物的隔膜,它把正極與負極隔開,但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過,右邊是由碳(石墨)組成的電池負極,由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質(zhì),電池由金屬外殼密閉封裝。
LiFePO4電池在充電時,正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移;在放電過程中,負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。
磷酸鐵鋰電池的工作溫度,充電環(huán)境溫度:10℃~55℃;放電環(huán)境溫度:20℃~60℃。
磷酸鐵鋰電池安全性分類測試
1.抗重物沖擊:磷酸鐵鋰電池組按規(guī)定進行試驗,應(yīng)不起火、不爆炸。
2.抗熱沖擊:電池組按規(guī)定進行試驗,應(yīng)不起火、不爆炸。
3.抗過充電:電池模塊按規(guī)定進行試驗,應(yīng)不起火、不爆炸。
4.抗短路:電池模塊按規(guī)定進行試驗,應(yīng)不起火、不爆炸。
5.高溫儲存:電芯按規(guī)定進行試驗,應(yīng)不漏液、冒煙、起火或爆炸。
6.抗加熱:電池模塊按規(guī)定進行試驗,爆炸電池沒有任何部分穿透網(wǎng)屏,沒有部分或全部電池突出網(wǎng)屏。
7.抗穿刺:磷酸鐵鋰電池組按規(guī)定進行試驗,應(yīng)不起火、不爆炸。
磷酸鐵鋰電池的特性
高能量密度
其理論比容量為170mAh/g,產(chǎn)品實際比容量可超過140mAh/g(0.2C,25°C);
安全性
是目前最安全的鋰離子電池正極材料;不含任何對人體有害的重金屬元素;
壽命長
在100%DOD條件下,可以充放電2000次以上.
磷酸鐵鋰電池的使用壽命與其使用溫度息息相關(guān),使用溫度過低或者過高在其充放電過程及使用過程均產(chǎn)生極大不良隱患。尤其在中國北方電動汽車上使用,在秋冬季磷酸鐵鋰電池?zé)o法正常供電或供電電源過低,需調(diào)節(jié)其工作環(huán)境溫度保持其性能。目前,國內(nèi)解決磷酸鐵鋰電池恒溫工作環(huán)境需考慮空間限制問題,較普遍的解決方案是使用氣凝膠氈作為保溫層。
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