磷酸铁锂电池安全性及热失控如何预防

来源：存能电气  日期：2019-05-09 09:18  浏览量：次

　　磷酸铁锂电池安全性及热失控如何预防？对于锂电池，热失控是最严重的安全事故。炸业内常说的磷酸铁锂电池安全性好，就是因为它作为正极在200-400℃的时候基本不发生分解，但正极的产热只是副反应的一部分，负极和电解液的氧化分解仍然存在，电池热失控，究其原因还是内部出现了短路和过充的现象。

　　磷酸铁锂电池热失控的原因是什么？

　　磷酸铁锂电池发生热失控主要是由于内部产热远高于散热速率，在锂离子电池的内部积攒了大量的热量，从而引起了连锁反应，导致电池起火和爆炸。

　　(1)过热触发热失控

　　导致动力磷酸铁锂电池过热的原因来自于电池的选型和热设计的不合理，或者外短路导致电池的温度升高、电缆的接头松动等，应该从电池设计和电池管理两个方面来解决。从电池材料设计角度，可以开发来防止热失控的材料，阻断热失控的反应；从电池管理角度，可以预测不同的温度范围，来定义不同的安全等级，从而进行分级报警。

　　(2)过充电触发热失控

　　过充电触发的热失控是指磷酸铁锂电池管理系统本身对过充电的电路安全功能缺失，导致电池的BMS已经失控却还在充电导致的。针对这类过充电的原因，解决办法首先是查找充电机的故障，这可以通过充电机的完全冗余来解决；其次是看电池管理合不合理，比如说没有监控每一节电池的电压。

　　(3)内短路触发热失控

　　电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的，时间非常长，而且不知道它什么时候会出现热失控。若进行试验，无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程，都在研究当中。

　　要解决内短路问题，首先要找到产品品质好的电池厂商，选择磷酸铁锂电池及电池单体容量；其次对内短路进行安全预测，在没有发生热失控之前，要找到有内短路的单体。

　　(4)机械触发热失控

　　碰撞是典型的机械触发热失控的一种方式。如果在实验室进行碰撞的一个仿真，最接近的是针刺。通过对三元锂电池和磷酸铁锂电池进行针刺试验，研究热失控过程，发现磷酸铁锂电池在这个热失控过程中没有三元锂电池放热表现的那么剧烈。实验表明，不同的材料在针刺的时候会有不同的反应，磷酸铁锂相对安全。解决碰撞触发热失控的办法就是做好电池的安全保护设计。

　　磷酸铁锂电池安全性及热失控如何预防？

　　尽管磷酸铁锂电池安全无法根治，但却是可控可防的，正确面对并积极探索一些新的安全性技术，将有利于促进电池技术进步，比如提高材料/界面热稳定性，开发单体自激发热保护技术，以及系统热扩展防范技术，就可以有效改善磷酸铁锂电池系统的安全性。

　　⒈表面包覆

　　正极的热分解和它引起的析氧主要在于它和界面（电解液）的反应，于是我们可以在正极活性表面包覆热稳定的保护层。比如在高镍的正极表面包覆磷酸膜或者磷酸锂以后，可以减少高镍材料与电解液的直接接触，从而降低副反应的强度和产热。常见的包覆材料包括磷酸盐、氧化物、氟化物，也可以是一些聚合物。

　　⒉构建浓度梯度

　　高镍正极的不安全，除了本身的热稳定性不好以外，更重要的是镍对电解液的氧化分解作用非常强，而材料本身的放热量并不是那么大，但是加上电解液以后，它的产热温度和产热量是急剧提高的，原因就是电解液的界面反应占了很大的部分。如果我们将高镍作为核，用一些低镍含量的材料作为壳，让它内外有一个浓度梯度，这样就有助于降低这个材料界面的反应活性，提高磷酸铁锂电池安全性。

　　⒊提高SEI膜的稳定性

　　上采用一些方式能提高SEI膜的分解温度，提高热稳定性，对磷酸铁锂电池安全性将起到至关重要的作用。现在的研究表明，一些有机脂类，一些有机磷酸盐，甚至一些含氟的锂盐，他们都是可以有效的来提高负极SEI膜热稳定性的，提高它的分解温度。

　　⒋建立单体自激发热保护

　　它的技术原理是利用温度敏感材料切断危险温度下电极上的电子传输或离子传输，甚至关闭电池反应，从而终止产热。比如PTC材料，随着温度的升高材料会从一个良好的导电态变成一个绝缘态，切断电路。将PTC材料作为极流体的涂层或者作为电极的导电剂或者作为活性物质的表面修饰层，即可有效的实现单体电芯的自发热保护。与之类似的还有一种微球修饰隔膜，温度升高时微球发生一个熔化，封闭隔膜上的孔道导致电池反应关闭。

　　我国有发展磷酸铁锂电池的优势。磷酸铁锂电池生产水平不断提高，产品性能稳定。存能电气小编认为，磷酸铁锂电池应成为动力电池的发展重点，应鼓励继续研究、提高产品性能，解决安全性能！