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发布日期: 2014年6月11日 有效期至 2014年12月8日
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随着锂离子电动车在北京、上海、苏州、杭州等国内大中城市的热销,越来越多的电动车厂商开始上马锂电池项目,然而,选择什么样的锂电池成为他们面临的首要问题。虽然锂电池的保护电路已经比较成熟,但对动力电池而言,要真正保证安全,正极材料的选择十分关键。目前,在锂离子电池中使用量最多的正极材料有以下几种:钴酸锂(LiCoO2),锰酸锂(LiMn2O4),镍钴锰酸锂(LiCoxNiyMnzO2)以及磷酸铁锂(LiFePO4)。究竟选择哪种正极材料的锂电池?下文会做详细地分析。
测试锂离子电池的安全问题,过充(指充电电压超过其充电截止电压,对锂离子电池来说,一般可以将10V/节定为过充电压)是一个很好的方法。谈到过充,我们应该首先了解一下锂离子电池的充电原理(如图1所示)。锂离子电池的充电过程是Li 从正极跑出来,通过电解液游到负极并得到电子,嵌入到负极材料中,而放电的过程则相反。
衡量正极材料安全性主要考验:
A:容不容易在充电时形成枝晶。
锂离子电池的充电过程就是Li 从正极跑出来,通过电解液游到负极被还原并嵌入到负极材料中;放电的过程则相反,负极材料中的锂被氧化,通过电解液,嵌入正极材料。
基于循环性地考虑,钴酸锂(LiCoO2 )材料的实际使用容量只有其理论容量的二分之一,即使用钴酸锂作为正极材料的锂离子电池在正常充电结束后(即充电至截止电压4.2 V左右),LiCoO2正极材料中的Li 将还有剩余。可用以下的简式表示:LiCoO2→0.5Li Li0.5CoO2 (正常充电结束)。此时如果充电电压继续升高,那么LiCoO2正极材料中的剩余的Li 将会继续脱嵌,游向负极,而此时负极材料中能容纳Li 的位置已被填满,Li 只能以金属的形式在其表面析出。一方面,金属锂的表面沉积非常容易聚结成枝杈状锂枝晶,从而刺穿隔膜,造成正负极直接短路;另外,金属锂非常活泼,会直接和电解液反应放热;同时,金属锂的熔断相当低,即使表面金属锂枝晶没有刺穿隔膜,只要温度稍高,比如由于放电引起的电池升温,金属锂将会熔解,从而将正负极短路,造成安全事故。总之,钴酸锂材料在充电电压过高的时候,比如说保护板失效的情况下,存在极大的安全隐患,而动力锂离子电池的容量高,造成的破坏性将非常大。
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