動力鋰離子電池安全受正極材料和設(shè)計影響

　　隨著鋰離子電池技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，其質(zhì)輕、高容、長壽命的優(yōu)點逐漸得到消費(fèi)者的青睞。其市場已經(jīng)由手機(jī)擴(kuò)展到相機(jī)、DVD、航模、玩具等多種領(lǐng)域。近年來，鋰離子動力電池在電動五金|工具、備用電源|穩(wěn)壓器、電動自行車、輕型電動車等大型設(shè)備上的應(yīng)用日益受到關(guān)注，而這些設(shè)備要求電池具備大容量、高功率條件。鋰離子動力電池能否滿足高安全、高功率、長壽命的基本要求，是眾多專家學(xué)者探討的重要課題。

　　動力鋰離子電池的安全問題一般是指由于動力電池使用不當(dāng)、功能失效、意外和濫用造成電池鼓脹漏液、溫度壓力超出使用標(biāo)準(zhǔn)、甚至爆炸和起火等事故，從而導(dǎo)致用戶生命和財產(chǎn)安全受到威脅。其中爆炸和起火是最嚴(yán)重的安全事故。鋰離子電池濫用導(dǎo)致爆炸起火的內(nèi)部原因很復(fù)雜，但大部分是由溫度壓力過高造成的，而這兩者的起因大部分可以歸結(jié)于鋰離子電池的熱失控反應(yīng)，也就是發(fā)熱反應(yīng)。這些發(fā)熱反應(yīng)一般有：電池電極SEI膜的分解，內(nèi)嵌鋰和溶劑的反應(yīng)，正極材料的分解反應(yīng)等等。

　　正極材料是關(guān)鍵錳酸鋰優(yōu)勢大

　　在動力鋰離子電池的安全性問題中，電極材料中的正極材料是關(guān)鍵，也是引發(fā)鋰離子動力電池安全隱患的主要原因。尋求高能量密度、高安全、環(huán)保和價格便宜的電極材料是動力電池發(fā)展的關(guān)鍵。目前普遍使用的正極材料分別是鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰以及磷酸鐵鋰。就國內(nèi)外取得的數(shù)據(jù)來看，鈷酸鋰用于動力電池的安全隱患較大，一般不作為動力電池正極材料使用；錳酸鋰的使用比較普遍；鎳鈷錳酸鋰國內(nèi)使用較少，在中國臺灣以及日本有部分廠商使用。

　　由于錳資源豐富(尤其是中國，儲量居世界第三)，價格低廉，對環(huán)境友好，且錳酸鋰具有放電電壓高，技術(shù)成熟，安全性好，具有其他層狀結(jié)構(gòu)正極材料所不能比擬的高倍率充放電能力等優(yōu)點，因而目前在推廣鋰電動力電池方面，錳酸鋰具有很大優(yōu)勢。雖然比容量相對較低，但動力電池本身體積較大并不構(gòu)成明顯弱點。錳酸鋰為正極材料組裝的鋰離子電池具有很好的安全性和熱穩(wěn)定性。但時，錳酸鋰也存在容量衰減快(特別是在高溫條件下)，循環(huán)壽命短的缺點，阻礙了其實用進(jìn)程。

　　鎳鈷錳酸鋰材料的優(yōu)勢是比容量高、循環(huán)性能優(yōu)越。制成的鋰離子動力電池具有非常高的比能量，適合用于嚴(yán)格限制重量和體積但又要求高能量的領(lǐng)域。由于使用了鈷、鎳等金屬，鎳鈷錳酸鋰的價格僅次于鈷酸鋰。不過，目前鎳鈷錳酸鋰在動力電池應(yīng)用方面上尚待評估，國內(nèi)應(yīng)用的材料通常是通過摻雜改性的方式改善其安全性能，但未看到規(guī)模性的應(yīng)用。

　　磷酸鐵鋰具有原料來源豐富、價格低廉、較高的比容量以及優(yōu)良的高溫循環(huán)性能和極高的安全性能等優(yōu)點，是很有發(fā)展前景的動力電池正極材料。磷酸鐵鋰作為動力電池新型正極材料的使用在近幾年有升溫的趨勢。由于專利問題的限制，歐洲和北美能夠大規(guī)模生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池的廠商不多，市場基本被少數(shù)幾家廠商所壟斷。國內(nèi)雖然眾多的鋰離子生產(chǎn)廠家對磷酸鐵鋰動力電池投入了研發(fā)生產(chǎn)，但由于技術(shù)和制程水平的差異，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。