采用磷酸鐵鋰材料對磷酸鐵鋰離子電池的安全性進(jìn)行了研究

磷酸亞鐵鋰是一個重要的正極材料的鋰離子電池,世界各地的廣泛認(rèn)可,安全問題是動力型鋰離子電池用于電動汽車時最關(guān)心的,很多因素影響,包括陽極材料、膜、電解液和電池設(shè)計(jì)和電源管理系統(tǒng)等一系列問題。目前，對鋰離子電池的安全性測試和評價都是通過對成品電池在不同的過度使用狀態(tài)下進(jìn)行取樣，并在這些條件下測試磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰離子電池的優(yōu)異安全性能。與鋰離子電池安全性相關(guān)的一個更重要的因素是，由于材料和電池的內(nèi)在原因，短路的可能性和短路的高概率。以金屬鋰為負(fù)極的鋰二次電池在充放電過程中由于鋰枝晶的出現(xiàn)會穿透隔膜造成內(nèi)部短路的安全問題而被放棄。

鋰離子電池在正常使用中通常被認(rèn)為是安全的，正如豐田公司使用鎳化合物作為陰極材料所證明的那樣，鎳化合物被認(rèn)為是行業(yè)中最不安全的。雖然熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的磷酸亞鐵鋰材料是最高的在所有當(dāng)前的正面材料熱力學(xué),并已驗(yàn)證在實(shí)際安全性能測試,這可能是最不安全的內(nèi)部短路的可能性和概率的材料和電池。

首先,從材料制備磷酸鐵鋰的固相燒結(jié)是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)(盡管有些液相合成技術(shù)合成過程,但最終都要高溫固相燒結(jié)過程),有一個固體磷酸、氧化鐵和鋰鹽,加上前體和碳減排氣溶膠。為了確保在磷酸亞鐵鋰是正二價鐵,燒結(jié)反應(yīng)必須在還原性氣氛,和的過程中減少鐵三價鐵二價的鐵離子在強(qiáng)還原性氣氛,可以減少鐵二價的鐵離子微量鐵在一個步驟。單質(zhì)鐵會導(dǎo)致電池短路，這是電池中最忌諱的物質(zhì)，也是日本在動態(tài)鋰離子電池中不使用磷酸鐵鋰的重要原因之一。另外，固相反應(yīng)的一個顯著特點(diǎn)是反應(yīng)的緩慢和不完全，這使得在磷酸鐵鋰中存在痕量的Fe2O3成為可能。美國Argonne實(shí)驗(yàn)室將磷酸鐵鋰高溫循環(huán)不良的缺陷歸結(jié)為充放電循環(huán)中Fe2O3的溶解和單質(zhì)鐵在負(fù)極上的沉淀。此外，為了提高磷酸鐵鋰的性能，其顆粒必須是納米級的。納米材料的顯著特點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性低，化學(xué)活性高，這在一定程度上也新增了鐵在磷酸鐵鋰中溶解的可能性，特別是在高溫循環(huán)和儲存條件下。實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，通過化學(xué)分析或能譜分析在負(fù)極上檢測到了鐵的存在。

從制備磷酸亞鐵鋰離子電池,由于磷酸鐵鋰納米顆粒小,比表面積高,因此碳涂層過程中,氣體,如活性炭比表面積高空氣中水分和有很強(qiáng)的吸附、電極加工性能差,粘結(jié)劑附著力差的納米顆粒。納米顆粒在電池制備、充放電周期和電池儲存過程中容易與電極分離，導(dǎo)致電池短路。

據(jù)我們所知，磷酸鐵鋰離子電池?zé)o論是在電池制造商的制造過程中，還是在消費(fèi)者的使用過程中，其短路率都很高。電池廠家經(jīng)常從電池的制備過程中發(fā)現(xiàn)問題，但由于磷酸鐵鋰材料內(nèi)部原因造成的短路問題往往不被認(rèn)識。A123的18650型磷酸鐵鋰離子電池幾年前在一輛行駛在高速公路上的電動汽車上起火。