磷酸鐵鋰電池安全性及熱失控如何預防

來源：存能電氣  日期：2019-05-09 09:18  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池安全性及熱失控如何預防？對于鋰電池，熱失控是最嚴重的安全事故。炸業內常說的磷酸鐵鋰電池安全性好，就是因為它作為正極在200-400℃的時候基本不發生分解，但正極的產熱只是副反應的一部分，負極和電解液的氧化分解仍然存在，電池熱失控，究其原因還是內部出現了短路和過充的現象。

　　磷酸鐵鋰電池熱失控的原因是什么？

　　磷酸鐵鋰電池發生熱失控主要是由于內部產熱遠高于散熱速率，在鋰離子電池的內部積攢了大量的熱量，從而引起了連鎖反應，導致電池起火和爆炸。

　　(1)過熱觸發熱失控

　　導致動力磷酸鐵鋰電池過熱的原因來自于電池的選型和熱設計的不合理，或者外短路導致電池的溫度升高、電纜的接頭松動等，應該從電池設計和電池管理兩個方面來解決。從電池材料設計角度，可以開發來防止熱失控的材料，阻斷熱失控的反應；從電池管理角度，可以預測不同的溫度范圍，來定義不同的安全等級，從而進行分級報警。

　　(2)過充電觸發熱失控

　　過充電觸發的熱失控是指磷酸鐵鋰電池管理系統本身對過充電的電路安全功能缺失，導致電池的BMS已經失控卻還在充電導致的。針對這類過充電的原因，解決辦法首先是查找充電機的故障，這可以通過充電機的完全冗余來解決；其次是看電池管理合不合理，比如說沒有監控每一節電池的電壓。

　　(3)內短路觸發熱失控

　　電池制造雜質、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等都有可能造成內短路。這種內短路是緩慢發生的，時間非常長，而且不知道它什么時候會出現熱失控。若進行試驗，無法重復驗證。目前全世界專家還沒有找到能夠重復由雜質引起的內短路的過程，都在研究當中。

　　要解決內短路問題，首先要找到產品品質好的電池廠商，選擇磷酸鐵鋰電池及電池單體容量；其次對內短路進行安全預測，在沒有發生熱失控之前，要找到有內短路的單體。

　　(4)機械觸發熱失控

　　碰撞是典型的機械觸發熱失控的一種方式。如果在實驗室進行碰撞的一個仿真，最接近的是針刺。通過對三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池進行針刺試驗，研究熱失控過程，發現磷酸鐵鋰電池在這個熱失控過程中沒有三元鋰電池放熱表現的那么劇烈。實驗表明，不同的材料在針刺的時候會有不同的反應，磷酸鐵鋰相對安全。解決碰撞觸發熱失控的辦法就是做好電池的安全保護設計。

　　磷酸鐵鋰電池安全性及熱失控如何預防？

　　盡管磷酸鐵鋰電池安全無法根治，但卻是可控可防的，正確面對并積極探索一些新的安全性技術，將有利于促進電池技術進步，比如提高材料/界面熱穩定性，開發單體自激發熱保護技術，以及系統熱擴展防范技術，就可以有效改善磷酸鐵鋰電池系統的安全性。

　　⒈表面包覆

　　正極的熱分解和它引起的析氧主要在于它和界面（電解液）的反應，于是我們可以在正極活性表面包覆熱穩定的保護層。比如在高鎳的正極表面包覆磷酸膜或者磷酸鋰以后，可以減少高鎳材料與電解液的直接接觸，從而降低副反應的強度和產熱。常見的包覆材料包括磷酸鹽、氧化物、氟化物，也可以是一些聚合物。

　　⒉構建濃度梯度

　　高鎳正極的不安全，除了本身的熱穩定性不好以外，更重要的是鎳對電解液的氧化分解作用非常強，而材料本身的放熱量并不是那么大，但是加上電解液以后，它的產熱溫度和產熱量是急劇提高的，原因就是電解液的界面反應占了很大的部分。如果我們將高鎳作為核，用一些低鎳含量的材料作為殼，讓它內外有一個濃度梯度，這樣就有助于降低這個材料界面的反應活性，提高磷酸鐵鋰電池安全性。

　　⒊提高SEI膜的穩定性

　　上采用一些方式能提高SEI膜的分解溫度，提高熱穩定性，對磷酸鐵鋰電池安全性將起到至關重要的作用。現在的研究表明，一些有機脂類，一些有機磷酸鹽，甚至一些含氟的鋰鹽，他們都是可以有效的來提高負極SEI膜熱穩定性的，提高它的分解溫度。

　　⒋建立單體自激發熱保護

　　它的技術原理是利用溫度敏感材料切斷危險溫度下電極上的電子傳輸或離子傳輸，甚至關閉電池反應，從而終止產熱。比如PTC材料，隨著溫度的升高材料會從一個良好的導電態變成一個絕緣態，切斷電路。將PTC材料作為極流體的涂層或者作為電極的導電劑或者作為活性物質的表面修飾層，即可有效的實現單體電芯的自發熱保護。與之類似的還有一種微球修飾隔膜，溫度升高時微球發生一個熔化，封閉隔膜上的孔道導致電池反應關閉。

　　我國有發展磷酸鐵鋰電池的優勢。磷酸鐵鋰電池生產水平不斷提高，產品性能穩定。存能電氣小編認為，磷酸鐵鋰電池應成為動力電池的發展重點，應鼓勵繼續研究、提高產品性能，解決安全性能！