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磷酸铁锂电池和三元锂电池热稳定性能哪个有优势

字号:|2013-04-27 11:47

磷酸铁锂电池和三元锂电池热稳定性哪个更好?当前来讲市场上商业使用最多的就是三元聚合物锂电池和磷酸铁锂电池这两大种类了,由于特有的材料特性,磷酸铁锂电池安全稳定性更高,而三元锂相对来说安全稳定性要低一些。

磷酸铁锂电池和三元锂电池热稳定性哪个更好?

锂电池的热稳定性好坏直接影响其在实际应用中的安全性能,也就是说热稳定性越好,使用过程越不容易发生自燃或爆炸事故。就目前行业数据显示三元锂电池的稳定性是比较差的,相对来讲磷酸铁锂电池比较稳定。

随着三元锂电池技术的不断发展,能量密度更高的三元材料逐渐替代了稳定性更好的磷酸铁锂材料。虽然三元材料为三元锂电池带来了更高的能量密度,但是其热稳定性的安全性能就变成了更大的挑战,主要是高镍材料在200℃度左右就开始发生分解释放O2,这也导致了锂电池鼓包,严重的甚至会热失控发展成燃烧爆炸的事故。

三元锂电池从层状相到尖晶石相的相转变温度分别为245℃、235℃、185℃和135℃,尖晶石相存在的温度区间逐步缩减,表明随着Ni含量提高NCM热稳定性逐渐降低。更为重要的是,从NCM523到NCM811,材料的热稳定性呈现急剧降低的趋势。伴随材料相转变,大量的氧被释放出来。

可以看到NCM811的氧释放量最大,是其他几款材料的数倍之多。目前的研究表明,在全电池体系中NCM相转变往往发生在颗粒表层,且释放的氧会以高活性的单线态氧1O2形式存在,后者同电解液反应既会释放大量热量,还会产生大量气体,从而进一步恶化电池安全。

三元锂和磷酸铁锂电池.jpg

磷酸铁锂电池的特点在于安全性高,高倍率充放电特性和较长的循环寿数。除了寿数长,充放电功能优异之外,磷酸铁锂电池最大的长处是其安全性,磷酸铁锂的化学性质稳定,高温稳定性好,700-800℃才会开端发生分化,且在面对碰击、针刺、短路等状况时不会释出氧分子,不会产生剧烈的燃烧,安全功能高。

磷酸铁锂电池在温度至少高于230℃条件下才会出现显著的失重,由此表明LFP具有良好的热稳定性。橄榄石结构的LFP的良好热稳定性源于其结构中磷酸基,Fe-P-O键远强于层状结构NCM中的Ni-O、Co-O和Mn-O键,因此LFP较NCM有着更好的热稳定性。

磷酸铁锂电池相对于三元锂电池而言能量密度小,根据电池内部的材料性质来说,磷酸铁锂电池虽然耐高温,虽然这两种电极的材料都会在到达一定温度时发生内部分解,但是根据三元锂材料来说,使用非水电解质溶液的电池。锂金属遇到热量后产生的化学特性是非常活泼的,同时电池的耐热温度基本上是在200度左右,并且当温度达到耐热温度后,三元锂材料的化学反映会更加的剧烈,在高温作用下电解液迅速燃烧。

磷酸铁锂的热稳定性是目前车用锂电池中最好的:当电池温度处于500度以上高温时,其内部化学成分才开始分解。相比之下,三元锂电池则低于300度,一些高镍电池热失控温度甚至低于200度,因此磷酸铁锂电池在发生撞击和快速充电过程中的自燃风险更低。

总的来说,如果产品侧重考虑的是,高温安全性可靠性,循环寿命,要选择磷酸铁锂电池。如果产品侧重考虑的是,能量密度,低温性能,性价比,要选择三元锂电池。

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