磷酸铁锂电池的安全性能研究

电动车应用最基本的要求是保证安全。电池的安全性归根到底体现的是温度问题。任何

安全性问题最终的结果就是温度升高直至失控，直至出现安全事故。电池的安全性检测通常
包括过充电、过放电、穿刺、挤压、跌落、加热、短路等，在这些情况下，会引起电池温度上升
或部分区域温度过高，达到某一底限温度值，大量的热产生由于不能及时被消散引发一系
列放热副反应，从而出现热失控。热失控一旦被引发就完全不能停止，直到所有反应物被完
全地消耗，在大多数情况下导致电池的破裂，随之伴有火焰和浓烟，有时甚至是电池的爆
炸。

 

在锂电池当中，公认的以

LiFePO

4

为正极材料的锂电池具有最好的安全性能。主要是由

于

LiFePO

4

在高温条件下的氧保持能力好，即使在超过

500

℃的高温也不会失氧，比钴酸

锂、锰酸锂及三元材料等药高得多。但在滥用条件下，即使

LiFePO

4

为正极的锂电池，也会

出现安全性问题。本文主要研究和分析不同的安全性检测条件对磷酸铁锂电池的安全性能检
测结果的影响。

安全性问题最终的反映是热量累积或能量短时释放引起的温度迅速升高出现失控。在

电池滥用过程中，产生热的原因有以下几个方面：（

1）负极 SEI 膜的分解；（2）负极与

电解质的反应；（

3）电解液的热分解；（4）电解液在正极的氧化反应；（5）正极的热分

解；（

6）负极的热分解；（7）隔膜的溶解以及引起的内部短路。电池抵抗各种滥用的能力

主要取决于产热和散热的相对速度。当电池的散热速度低于产热速度时，它可能会遭受热失
控。

 

1. 测试对象与设备

2. 试验

3. 结果与分析
3.1 过充电

锂离子电池在充电时发生式

(1)所示的反应，Li  不完全脱出，生成物为 LiFePO4 和

 

FePO4。 

LiFePO4

—— LiFePO4+ FePO4+ Li +xe   

电池过充时，

Li+大量脱出，生成的 FePO4 增多，引起较大的极化电阻和极化电势，

使电池的电压快速升高；过多的锂脱出，极片上的粘结剂被破坏，使正极膏片从集流体上
脱离，出现大面积掉膏，脱出的

 Li 聚集在负极片上，形成点状白点；电池正极附近的高氧

化氛围引起电解液氧化分解使过充电池剩余的电解液较少，电解液分解产生更多的热量和
气体，使电池鼓胀加剧，爆炸的可能性加大；

LiFePO

4

 在过充时发生了不可逆分解 ，有氧

气和含

 Fe 的物质生成 ，电解液因含有 Fe

3+

 而显出黄色，与解剖电池时看到的情况一致。

水、乙醇等质子性化合物，在电池的首次充放电过程中，与

 LiPF

6

发生反应，造成

 HF

含量的增加；而水和

 HF 又会和 SEI 膜的主要成分 ROCO

2

Li 和 Li

2

CO

3

反应，从而破坏

 SEI

膜的稳定性，致使电池性能恶化，影响电池的安全性能。金属杂质离子具有比锂离子更低的
还原电位，在充电过程中，它们首先嵌入碳负极中。减少锂离子嵌入的位置，从而减少了锂
离子电池的可逆容量。金属杂质离子含量高时，不仅会导致锂离子电池可逆容量的下降而且
还可能因为它们的析出导致石墨电极表面无法形成有效的

SEI 膜，使整个电池的性能遭到

破坏；因此必须将杂质控制在一定范围内。

不同倍率充电对电池的安全性能也有影响。

Tbishima 和 Yama ki 在对电池以不同的倍率

进行过充实验发现，低倍率

 (<C／5)完成过充实验，不会有热耗散 ；高于 lC 倍率完成电池