三元体系动力电池与磷酸亚铁锂电池安全性的理论分析
来源：宝鄂实业
2019-03-29 12:01
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安全性：限制三元材料在商用电动车上应用无疑是从材料的安全性上考虑的，那我们来分析两款材料的实际安全性。磷酸亚铁锂电池比较三元材料电池安全的理论依据：行业内普遍认为磷酸亚铁锂材料比三元材料安全性更好，所以大型商务电动车不可以用三元材料而要使用磷酸亚铁锂材料就是基于上面的几种材料的热分析得出的数据。磷酸亚铁锂的热分解温度在270℃，没有包覆的镍酸锂材料的热分解温度在214℃。而且磷酸亚铁锂分解产热比较少，这就是磷酸亚铁锂比三元材料更安全的理论基础。
这个理论依据移植到锂离子电池体系会是什么样的，我们从材料到电池体系的角度分析又会是什么样的情形。
动力电池路线之争：三元锂or磷酸铁锂 有所限制可行吗？
A、现在动力电池所使用的不管是111或者523的镍钴锰三元材料，由于锰的加入和氧化铝的包覆，其分解析氧温度都达到230℃，材料本身和磷酸亚铁锂的热分解温度在减小。
B、锂离子电池体系中PP隔膜的热熔温度在135-140℃，PE隔膜的热熔温度在125-130℃，经过150℃高温烘烤的电池拆开内部隔膜都已经熔化，正负极已经短路。锂离子电池发生着火爆炸的最大原因在于内部短路造成正负极直接接触产生大量的热导致连锁反应（正负极反应产热、负极与电解液反应、六氟磷酸锂分解产热导致温度升高，化学反应速度加快，同时电解液溶剂气化导致电池内压增大也加速内部化学反应速度。
C、 锂离子电池体系的有机电解液的沸点都比较低，溶剂组分的沸点从80-150℃不等，溶质六氟磷酸锂的热分解温度也低于100℃，而且有机溶剂都是易燃物，这个温度远远低于镍钴锰三元材料的热分解温度。
D、在锂离子电池的破坏性测试过程中，不管是磷酸亚铁锂为正极的电池还是镍钴锰三元材料正极的电池，在加热超过180℃的情况下，都会发生起火爆炸，而这个温度远远低于三元材料或者磷酸亚铁锂材料的分解温度。也就是说发生的锂离子电池着火爆炸根本原因不是正极材料的热分解温度低30℃造成的着火爆炸。
总之，材料的安全并不意味着电池的安全，磷酸铁锂代表安全是一个伪命题，不管是磷酸亚铁锂还是三元材料的电池发生起火爆炸都是在材料的热分解温度之下发生的。镍钴锰三元材料并不是锂离子电池发生安全事故的最短板。电池的安全是个大系统的安全，包括正极材料之外的所有原材料，科学的电池设计、可控的低缺陷的高CPK的工艺制程、全流程的品质管控、可靠性高的自动化设备和生产员工的自动化理念。磷酸亚铁锂就等于安全是不对的，这种观念在电池行业理解的还是比较清楚的，但是这种观点传播开了，非锂电池行业的就会把它当成真理去传播。
磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池，这名字太长，简称为磷酸铁锂电池。由于它的性能特别适于作动力方面的应用，则在名称中加入“动力”两字，即磷酸铁锂动力电池。也有人把它称为“锂铁(LiFe)动力电池”。
意义
截止本人增补此词条(2013年4月24日)，金属交易市场，钴(Co)最贵，并且存储量不多，镍(Ni)、锰(Mn)较便宜，而铁(Fe)最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。
作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。
结构与工作原理
LiFePO4电池的内部结构如图1所示。左边是橄榄石结构的LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。
LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。
主要性能
LiFePO4电池的标称电压是3.2V、终止充电电压是3.6V、终止放电压是2.0V。由于各个生产厂家采用的正、负极材料、电解质材料的质量及工艺不同，其性能上会有些差异。例如同一种型号(同一种封装的标准电池)，其电池的容量有较大差别(10%～20%)。
磷酸铁锂动力电池主要性能列于表1。为了与其他可充电电池的相比较，也在表中列出其他种类可充电电池性能。这里要说明的是，不同工厂生产的磷酸铁锂动力电池在各项性能参数上会有一些差别;另外，有一些电池性能未列入，如电池内阻、自放电率、充放电温度等。
磷酸铁锂动力电池的容量有较大差别，可以分成三类：小型的零点几到几毫安时、中型的几十毫安时、大型的几百毫安时。不同类型电池的同类参数也有一些差异。这里再介绍一种目前应用较广的小型标准圆柱形封装的磷酸铁锂动力电池的参数。其外廓尺寸：直径为18mm、高650mm(型号为18650)，其参数性能如表2所示。
过放电到零电压试验
采用STL18650(1100mAh)的磷酸铁锂动力电池做过放电到零电压试验。试验条件：用0.5C充电率将1100mAh的STL18650电池充满，然后用1.0C放电率放电到电池电压为0C。再将放到0V的电池分两组：一组存放7天，另一组存放30天;存放到期后再用0.5C充电率充满，然后用1.0C放电。最后比较两种零电压存放期不同的差别。
试验的结果是，零电压存放7天后电池无泄漏，性能良好，容量为100%;存放30天后，无泄漏、性能良好，容量为98%;存放30天后的电池再做3次充放电循环，容量又恢复到100%。
这试验说明该电池 即使出现过放电(甚至到0V)，并存放一定时间，电池也不泄漏、损坏。这是其他种类锂离子电池不具有的特性。
