磷酸鐵鋰電池爆炸起火的原因及后果

來(lái)源：存能電氣  日期：2019-04-12 23:01  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池爆炸起火的原因及后果?過(guò)去的幾年，使用三元鋰電池的電動(dòng)汽車(chē)多次發(fā)生過(guò)起火爆炸。于是負(fù)面新聞相對(duì)較少的磷酸鐵鋰電池，被貼上了“絕對(duì)安全”的標(biāo)簽，成為曾經(jīng)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池的首選。但進(jìn)年來(lái)，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(huì)起火，接下來(lái)，存能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(huì)出現(xiàn)爆炸起火的的。正常使用時(shí)磷酸鐵鋰電池的安全性較高，但是事無(wú)絕對(duì)，在一些極端情況下還是會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的。這跟各公司的材料選擇、配比、工藝過(guò)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(lái)說(shuō)，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(shí)際安全性能測(cè)試中也被驗(yàn)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(lái)看，它可能又是最不安全的。

　　首先，從材料的制備來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰的固相燒結(jié)反應(yīng)是一個(gè)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(jià)，燒結(jié)反應(yīng)必須在還原性氣氛中進(jìn)行，而較強(qiáng)的還原性氣氛在將三價(jià)鐵離子還原成正二價(jià)鐵離子的過(guò)程中，存在將正二價(jià)鐵離子進(jìn)一步還原成微量單質(zhì)鐵的可能性。

　　單質(zhì)鐵會(huì)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(méi)有將磷酸鐵鋰應(yīng)用于動(dòng)力型鋰離子電池中的主要原因之一。此外，固相反應(yīng)一個(gè)顯著的特點(diǎn)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(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)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(guò)程中的溶解以及單質(zhì)鐵在負(fù)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(gè)顯著特點(diǎn)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(chǔ)存條件下。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，在負(fù)極上通過(guò)化學(xué)分析或者能譜分析，測(cè)試到鐵元素的存在。

　　從磷酸鐵鋰電池制備的方面來(lái)說(shuō)，由于磷酸鐵鋰納米級(jí)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(duì)空氣中的水分等氣體具有很強(qiáng)的吸附作用，造成電極加工性能不佳，粘結(jié)劑對(duì)其納米顆粒的粘附力較差。無(wú)論在電池制備過(guò)程中還是在電池的充放電循環(huán)和儲(chǔ)存時(shí)，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(guò)程中的問(wèn)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(huì)因過(guò)充電、過(guò)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(wú)毒或少毒、對(duì)環(huán)境無(wú)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(cuò)，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(duì)環(huán)境無(wú)污染上，它是最好的，是目前最好的大電流輸出動(dòng)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(fù)極隔開(kāi)，但鋰離子Li+可以通過(guò)而電子e-不能通過(guò)，右邊是由碳(石墨)組成的電池負(fù)極，由銅箔與電池的負(fù)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(shí)，正極中的鋰離子Li+通過(guò)聚合物隔膜向負(fù)極遷移;在放電過(guò)程中，負(fù)極中的鋰離子Li+通過(guò)隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時(shí)來(lái)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(lèi)測(cè)試

　　1.抗重物沖擊：磷酸鐵鋰電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火、不爆炸。

　　2.抗熱沖擊：電池組按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火、不爆炸。

　　3.抗過(guò)充電：電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火、不爆炸。

　　4.抗短路：電池模塊按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，應(yīng)不起火、不爆炸。

　　5.高溫儲(chǔ)存：電芯按規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，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(jìn)行試驗(yàn)，爆炸電池沒(méi)有任何部分穿透網(wǎng)屏，沒(méi)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(jìn)行試驗(yàn)，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(shí)際比容量可超過(guò)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(duì)人體有害的重金屬元素;

　　壽命長(zhǎng)

　　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(guò)低或者過(guò)高在其充放電過(guò)程及使用過(guò)程均產(chǎn)生極大不良隱患。尤其在中國(guó)北方電動(dòng)汽車(chē)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(guò)低，需調(diào)節(jié)其工作環(huán)境溫度保持其性能。目前，國(guó)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(wèn)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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