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三元材料在動力電池中還有哪些安全性問題?
作者:yugoo 日期:2016/7/21 點擊率:1926

從能量密度的角度來說,三元材料LFPLMO有絕對的優勢,但安全性能卻是一直限制其大規模應用的一個難題。

  容量較大的純三元電池很難通過針刺和過充等安全性測試,這也是大容量電池中一般都要混合錳酸鋰一起使用的原因。

  從我了解到的情況來看,主要有如下幾種解決三元安全性問題的方案:

  1.選擇安全性能最優配比的三元材料

  眾所周知,三元材料中的鎳含量越高,材料的穩定性越差,安全性也就越差,目前安全性最好的主流三元鎳鈷錳配比為1:1:1,即通常所說的111三元,111的三元之所以穩定性最好,主要因為:

  1)鎳所占的比例較低(相對于442/523),材料制備過程中更容易形成完整的層狀結構,同時兼顧了能量密度。

  2)錳的比例較高(相對于442/523),錳是三元材料中其結構穩定性的重要元素。

  3)鎳和錳的比例為1:1,鎳和錳同時為穩定性最高的正2價和正4價。(在這里多說一句,111三元是最適合做高電壓的三元材料,如果高電壓電解液瓶頸突破,其能量密度不會遜色于任何高鎳的三元,循環和電極加工性能都要高幾個檔次。)

  綜上所述,在大容量純三元電池中,111三元具有最好的安全性。

  2.從三元材料本身進行改善

  三元材料本身就是從摻雜中發展出來的新型材料,我們認為如果再在三元中摻雜其他元素,不僅會對其電化學性能產生為止影響,還會對制備工藝提出更多要求,成本的提高同樣會限制三元在動力中的應用,而包覆工藝對于產品的一致性會產生影響,所以我們認為在保證產品適合產業化的前提下對于材料的安全性能進行改善才是能夠使三元真正應用于動力電池中的最好方法。

  所以在這里只說一下我們的改進方案,之前說過很多次了,我們的三元材料是類似鈷酸鋰的一次顆粒,除了在壓實密度和電極加工性能方面有很大的優勢之外,對于安全性也有提高,原因如下:

  1)微米級的一次顆粒具有更完整的層狀結構,層狀結構越完整,材料的穩定性就越好,體現為循環性能和安全性能的提高。

  2)粒徑較大的一次顆粒具有更好的動力學穩定性,之前聽說國內某合資公司宣稱用日本的納米級三元材料做出的動力電池安全性能如何如之何,至少在我看來,這么宣傳的效果是負面的,既然宣傳納米材料就應該重點宣傳倍率性能而規避安全性,因為納米級的材料本身就具有很高的活性,納米化使材料的穩定性和安全性不同程度的降低,我之所以提到微米級,就是為了區別于納米級。

  3)把一次粒徑做大的另一個優勢就是降低了比表面積,減少了材料因為與電解液的接觸造成的副反應對于材料結構的破壞,對于循環和材料穩定性都很有幫助。

  盡管如此,我們認為三元材料在電池中的安全性是其本身的性質,就像錳酸鋰的高溫,即使通過徹底改性,完全消除了錳酸鋰的3V平臺,形貌控制也做了很多優化,仍然需要電解液和負極的匹配才能完全滿足高溫性能要求。

  下面從不同的角度的說一下如何像做好錳酸鋰的高溫一樣,做好三元在電池中的安全性。

  1.降低電池的充電上限電壓

  目前國內某企業已經很好地解決了35Ah純三元電池的安全性問題,其充電上限電壓為4.1V,這樣對于整個電池體系的穩定性都有很好的提高。

  2.通過做聚合物純三元電池來提高電池安全性能

  這里說的是真正意義上固體聚合物電解質的鋰離子電池,而不是通常意義上的軟包電池

  3.使用陶瓷隔膜

  陶瓷隔膜在隔膜表面涂覆三氧化二鋁的一種隔膜,對于三元材料的安全性問題效果很好,但是由于涂覆工藝多變和三氧化二鋁種類的繁雜,盡管國內外很多廠家申請了很多相關的專利,但是實用性較好的產品還很少,之前聽說國內有一家合資企業通過陶瓷隔膜的使用,很大程度的提高了三元的安全性能。(目前有條件的企業可考慮一種日本新型的無紡布陶瓷隔膜,個人了解具有極高的安全性)

  鋰電池的每個材料和鋰電池本身都是復雜的,所以沒有完美的材料,也沒有完美的工藝,只有不斷優化的匹配和不斷溝通的進步。

 
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