動(dòng)力鋰離子電池安全受正極材料和設計影響

　　隨著(zhù)鋰離子電池技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，其質(zhì)輕、高容、長(cháng)壽命的優(yōu)點(diǎn)逐漸得到消費者的青睞。其市場(chǎng)已經(jīng)由手機擴展到相機、DVD、航模、玩具等多種領(lǐng)域。近年來(lái)，鋰離子動(dòng)力電池在電動(dòng)五金|工具、備用電源|穩壓器、電動(dòng)自行車(chē)、輕型電動(dòng)車(chē)等大型設備上的應用日益受到關(guān)注，而這些設備要求電池具備大容量、高功率條件。鋰離子動(dòng)力電池能否滿(mǎn)足高安全、高功率、長(cháng)壽命的基本要求，是眾多專(zhuān)家學(xué)者探討的重要課題。

　　動(dòng)力鋰離子電池的安全問(wèn)題一般是指由于動(dòng)力電池使用不當、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準、甚至爆炸和起火等事故，從而導致用戶(hù)生命和財產(chǎn)安全受到威脅。其中爆炸和起火是最嚴重的安全事故。鋰離子電池濫用導致爆炸起火的內部原因很復雜，但大部分是由溫度壓力過(guò)高造成的，而這兩者的起因大部分可以歸結于鋰離子電池的熱失控反應，也就是發(fā)熱反應。這些發(fā)熱反應一般有：電池電極SEI膜的分解，內嵌鋰和溶劑的反應，正極材料的分解反應等等。

　　正極材料是關(guān)鍵錳酸鋰優(yōu)勢大

　　在動(dòng)力鋰離子電池的安全性問(wèn)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(dòng)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(jià)格便宜的電極材料是動(dòng)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。就國內外取得的數據來(lái)看，鈷酸鋰用于動(dòng)力電池的安全隱患較大，一般不作為動(dòng)力電池正極材料使用；錳酸鋰的使用比較普遍；鎳鈷錳酸鋰國內使用較少，在中國臺灣以及日本有部分廠(chǎng)商使用。

　　由于錳資源豐富(尤其是中國，儲量居世界第三)，價(jià)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，具有其他層狀結構正極材料所不能比擬的高倍率充放電能力等優(yōu)點(diǎn)，因而目前在推廣鋰電動(dòng)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(dòng)力電池本身體積較大并不構成明顯弱點(diǎn)。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定性。但時(shí)，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(diǎn)，阻礙了其實(shí)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(dòng)力電池具有非常高的比能量，適合用于嚴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(jià)格僅次于鈷酸鋰。不過(guò)，目前鎳鈷錳酸鋰在動(dòng)力電池應用方面上尚待評估，國內應用的材料通常是通過(guò)摻雜改性的方式改善其安全性能，但未看到規模性的應用。

　　磷酸鐵鋰具有原料來(lái)源豐富、價(jià)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(diǎn)，是很有發(fā)展前景的動(dòng)力電池正極材料。磷酸鐵鋰作為動(dòng)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(zhuān)利問(wèn)題的限制，歐洲和北美能夠大規模生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池的廠(chǎng)商不多，市場(chǎng)基本被少數幾家廠(chǎng)商所壟斷。國內雖然眾多的鋰離子生產(chǎn)廠(chǎng)家對磷酸鐵鋰動(dòng)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。