鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和聚合物鋰電池安全性比較

來源：存能電氣  日期：2020-02-19 16:11  瀏覽量：次

鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和聚合物鋰電池安全性比較。很多客戶對(duì)于動(dòng)力電池的安全性產(chǎn)生了諸多爭(zhēng)議，相比鈷酸鋰、聚合物鋰電池和錳酸鋰電池來說，磷酸鐵鋰電池最為明顯的優(yōu)勢(shì)就是極高的安全系數(shù)、支持快速充電（大電流充電）和更寬廣的工作溫度范圍。

從目前使用的鋰離子電池主流技術(shù)來看，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰電池和聚合物鋰電池幾種類型，它們的不同材料和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)會(huì)對(duì)電池制備技術(shù)與使用造成影響，從而帶來的安全性也有不同。

一、鈷酸鋰電池：鈷酸鋰電池安全性差，成本非常高，主要用于中小型號(hào)電芯，廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)、MP3/4等小型電子設(shè)備中，標(biāo)稱電壓3.7V。

在制備上的最大特點(diǎn)是，在充滿電后，仍有大量的鋰離子留在正極。也就是說，負(fù)極上容納不了更多的附著在正極上的鋰離子，但在過充狀態(tài)下，正極上多余的鋰離子仍會(huì)向負(fù)極游動(dòng)，因不能完全容納便會(huì)在負(fù)極上形成金屬鋰，由于這種金屬鋰是樹枝狀的晶體，因而被稱為枝晶，枝晶一旦形成，就會(huì)給刺穿隔膜提供機(jī)會(huì)，隔膜刺穿將形成內(nèi)部短路。

由于電解液的主要成分是碳酸脂，閃電和沸點(diǎn)較低，這樣，在溫度較高的情況下就會(huì)燃燒甚至爆炸。控制鋰枝晶的形成在小容量鋰電池上比較容易，因此，鈷酸鋰電池目前僅限于便攜式電子設(shè)備等小容量電池，而不能用于動(dòng)力電池。

二、聚合物鋰電池：在實(shí)際可用的理論比能量上有極大的提高，相對(duì)于鈷酸鋰電池，可以更好地發(fā)揮高容量作用，但從材料上來說，聚合物鋰電池也采用鈷酸鋰和有機(jī)電解液，所以并未根本解決安全性問題。從使用角度來看，電池如果發(fā)生短路將產(chǎn)生過大電流。聚合物鋰電池的電解液為膠體，不易泄漏，也就排除了漏液的可能性，但將因此發(fā)生更猛烈的燃燒，因此，自燃是聚合物鋰電池的最大隱患。

聚合物鋰電池在結(jié)構(gòu)上采用鋁塑軟包裝，有別于液態(tài)電芯的金屬外殼，一旦發(fā)生安全隱患，液態(tài)電芯容易爆炸，而聚合物電芯最多只會(huì)氣鼓。

三、錳酸鋰電池：錳酸鋰電池的材料具有一定的優(yōu)點(diǎn)，它可以保證在滿電狀態(tài)下，正極的鋰離子可以完全嵌入到負(fù)極炭孔中，而不是象鈷酸鋰那樣會(huì)在正極有一定殘留，這就從根本上避免了枝晶的產(chǎn)生。因?yàn)椋i酸鋰穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)使其氧化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鈷酸鋰，即使外部短路(而非內(nèi)部短路)，也基本能避免析出金屬鋰引發(fā)燃燒和爆炸。

錳酸鋰電池不僅有著巨大的市場(chǎng)空間，還有著巨大的技術(shù)發(fā)展空間。相比三元材料、磷酸鐵鋰等正極材料，錳酸鋰具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的動(dòng)力電池正極材料。

四、磷酸鐵鋰電池：這是一種理想的動(dòng)力電池，可用于電動(dòng)工具和動(dòng)力汽車等，磷酸鐵鋰電池的理論容量是170mAh/g，做成材料的實(shí)際可達(dá)容量為160mAh/g。在安全性上，磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，難以分解，即便在高溫或過充時(shí)也不會(huì)像鈷酸鋰一樣結(jié)構(gòu)崩塌發(fā)熱或是形成強(qiáng)氧化性物質(zhì)，因此擁有良好的安全性。磷酸鐵鋰電池?zé)岱逯悼蛇_(dá)350℃-500℃，而錳酸鋰和鈷酸鋰電池只在200℃左右。

磷酸鐵鋰電池的安全性能非常好，不容易發(fā)生燃燒爆炸等危險(xiǎn)．再配以合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其安全性進(jìn)一步得到了提高，因此電池在撞擊、針刺、短路等情況下均不發(fā)生燃燒和爆炸。

鋰電池安全性評(píng)估方法

鋰電池安全性評(píng)估儀器

在鋰電池安全性研究中，量熱儀是最主要的使用儀器。最常用的量熱儀是加速量熱儀，ARC是聯(lián)合國(guó)推薦使用的用于危險(xiǎn)品評(píng)估的新型熱分析儀器，可以提供絕熱條件下化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間-溫度-壓力數(shù)據(jù)。

ARC安全性評(píng)估方法

ARC通過精確的溫度跟蹤，避免被測(cè)樣品與環(huán)境的熱量交換，從而可以提供一個(gè)近似絕熱的環(huán)境，主要對(duì)被測(cè)樣品的放熱行為進(jìn)行測(cè)試分析。除了測(cè)試熱失控，利用ARC可以提供絕熱環(huán)境的特點(diǎn)，將ARC與直流恒流源、充放電設(shè)備聯(lián)用，可以測(cè)試電池的比熱容及充放電過程的絕熱溫升。

鋰電池的安全性是動(dòng)力電池最關(guān)注的問題之一。電池的安全性和電池組的設(shè)計(jì)、濫用條件有很大關(guān)系。對(duì)于單體電池來講，安全性除了和正極材料有關(guān)，與負(fù)極，隔膜以及電解液都有很大關(guān)系。

總結(jié)：以上就是鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和聚合物鋰電池安全性比較，個(gè)人淺見，鋰電池的安全性，需要從電芯、PACK、系統(tǒng)、功能安全這4個(gè)層面去考察。如果鋰電池的安全性得不到根本解決，在市場(chǎng)上的銷售一定會(huì)走得磕磕絆絆。