大容量磷酸铁锂电池组的安全性问题如何解决

来源：存能电气  日期：2019-05-29 11:08  浏览量：次

　　大容量磷酸铁锂电池组的安全性问题如何解决？磷酸铁锂电池组的安全性问题，不仅与电池材料本身性质有关，而且与电池制备技术和使用有关。锂电池储存的总能量和其安全性是成反比的，随着电池容量的增加，电池体积也在增加，其散热性能变差，出事故的可能性将大幅增加。

　　大容量磷酸铁锂电池组的安全性问题如何解决？

　　锂电池组需要从根本的原理技术上解决安全性问题。以往大家大多是从工艺上考虑提高电池的安全性，比如设计安全阀、避免短路、控制制造过程等，但这些工作只能说是尽量地减少安全事故，不可能完全避免事故。可以通过优化磷酸铁锂电池的构造及设计提升安全性。如选用热稳定性高的正极材料、耐燃电解液、锂不析出的负极材料及高性能隔膜等。

　　选择安全的正极材料，目前的正极有钴酸锂和锰酸锂两种量产的材料产品。钴酸锂在小电芯方面是很成熟的体系，由于钴酸锂在分子结构方面（LiCo）的特点：充满电后，仍旧有大量的锂离子留在正极，当过充时，残留在正极的锂离子将会涌向负极，在负极上形成枝晶是采用钴酸锂材料的电池过充时必然的结果，甚至在正常充放电过程中，也有可能会有多余的锂离子游离到负极形成枝晶。

　　选择锰酸锂材料，在分子结构方面保证了在满电状态，正极的锂离子已经完全嵌入到负极炭孔中，从根本上避免了枝晶的产生。同时锰酸锂稳固的结构，使其氧化性能远远低于钴酸锂，分解温度超过钴酸锂100度，即使由于外力发生内部短路（针刺），外部短路，过充电时，也完全能够避免了由于析出金属锂引发燃烧、爆炸的危险。

　　选择热关闭性能好的隔膜，隔膜的作用是在隔离锂电池组正负极的同时，允许锂离子的通过。当温度升高时，在隔膜熔化前进行关闭，从而使内阻上升至2000欧姆，让内部反应停止下来。

　　防爆阀：当内部压力或温度达到预置的标准时，防爆阀将打开，开始进行卸压，以防止内部气体积累过多，发生形变，最终导致壳体爆裂。

　　通常保护电路需起到防止过充电，过放电，超大电流的作用。主要原理是通过测量每一只电芯的电压和总电流，控制开关电路进行整个回路的关断，在电路的设计上并没有过高的难度。但保护电路的设计是否合理，可靠性是否足够高，是考验生产厂商的能力。

　　总之，随着材料技术的进步和人们对磷酸铁锂电池组的设计、制造、检测和使用诸方面要求的认识不断加深，未来的锂离子电池会变得更安全。目前的锂电池组安全测试和评估是在各种滥用条件下对成品电池进行各种安全测试，并在这些条件下测试磷酸铁锂材料和磷酸铁锂电池的优异安全性能。

　　四种锂电池的安全性对比

　　镍钴锰酸锂三元电池

　　在实际可用的理论比能量上有极大的提高，相对于与钴酸锂电池而言，可以更好的发挥高容量作用，但从材料上看，三元电池采用镍钴锰酸锂和有机电解液，暂未从根本上解决安全性问题，如果电池发生短路讲产生过大电流，从而引发安全隐患。

　　磷酸铁锂电池

　　理论容量是170mAh/g，做成材料的实际可达容量为160mAh/g。在安全性上，磷酸铁锂热稳定高，电解液氧化能力低，因而安全性高；但缺陷是电导率低，体积过大，电解液用量多，由于容量大，电池的一致性较差。

　　钴酸锂电池

　　在制备上的*特点是，在充满电后，仍有大量的锂离子留在正极，也就是说，在负极上容纳不了更多的附在正极上的锂离子，但在过充状态下，正极上多余的锂离子仍会向负极游动，因不能完全容纳变回在负极上形成金属锂，由于金属锂是树枝状的晶体，因而被称为枝晶，枝晶一旦形成，就会给刺穿隔膜提供机会，隔膜刺穿将形成内部短路。由于电解液的主要成分是碳酸酯，闪点和沸点较低，在温度较高的情况下就会燃烧甚至爆炸。控制锂枝晶的形成在小容量锂电池上比较容易，因此钴酸锂电池目前仅限于便携式电子设备等小容量电池，不能用于动力电池。

　　锰酸锂电池

　　锰酸锂电池的材料具有一定的有点，它可以保证在满电状态下，正极的锂离子可以完全嵌入到负极炭孔中，而不是像钴酸锂那样在正极有一定残留，这就从根本上避免了枝晶的产生，总之，检测合格的锰酸锂电池一般不会发生安全事故，锰酸锂稳固的结构使其氧化性能远低于钴酸锂，即使外部短路，也基本能避免析出金属锂引发的燃烧和爆炸。

　　由于磷酸铁锂电池组的能量特性还是越来越受到人们的追捧，因此安全性问题，更需亟待解决和提高。锂电池最重要的安全隐患来自于电解液，目前选择的液态有机电解液易燃易爆。用固态电解质代替液态电解液，是业内公认的提升锂电池安全性能最为有效的选择。