另外一个角度看待磷酸铁锂锂电池安全性问题

动力锂离子电池应用于电动汽车时，安全问题是最受关注的问题之一。影响因素很多，包括正负极材料、隔膜、电解液、电池设计、电源管理系统等。目前对锂离子电池的安全检测和评价都是在不同滥用条件下对成品电池进行取样，磷酸亚铁锂材料和磷酸铁锂电池的优异安全性能也是在这些条件下进行测试的。与锂离子电池安全性相关的更重要的因素是短路的可能性，以及因为材料和电池的内部原因导致短路的概率更高。以金属锂为负极的锂二次电池因充放电时锂枝晶会刺穿隔膜导致内部短路的安全问题而被废弃。一般认为锂离子电池在正常使用情况下是安全的，这从丰田使用镍基化合物作为正极材料也可以看出来，镍基化合物被认为是业界最差的。虽然磷酸亚铁锂材料的热稳定性和结构稳定性从热力学上来说是目前所有正极材料中最高的，在实际的安全性能测试中也得到了验证，但从材料和电池发生短路的可能性和概率来说，它可能是最不安全的。首先，从材料的制备来看，磷酸亚铁锂的固相烧结反应是一个复杂的多相反应(虽然有些合成技术号称是液相合成工艺，但最终都需要高温固相烧结)，包括固态磷酸盐、氧化铁和锂盐、碳前驱体和还原气相。为了确保磷酸亚铁锂中的铁元素为正二价，烧结反应必须在还原气氛中进行。在将三价铁离子还原为正二价铁离子的过程中，存在将亚铁离子进一步还原为微量元素铁的可能性。单质铁是电池中最忌讳的物质，会造成微短路，这也是动力锂离子电池不使用磷酸亚铁锂的主要原因之一。此外，固相反应的一个显著特点是反应的缓慢和不完全，这使得磷酸亚铁锂中可能存在微量的Fe2O3。美国Argonne实验室将磷酸亚铁锂高温循环性能差的原因归结于充放电循环过程中Fe2O3的溶解和元素铁在负极上的析出。此外，为了提高磷酸亚铁锂的性能，其颗粒必须是纳米尺寸的。纳米材料的一个显著特点是结构稳定性和热稳定性低，化学活性高，这也在一定程度上增加了磷酸亚铁锂中铁溶解的概率，尤其是在高温循环和储存条件下。实验结果还表明，通过负电极上的化学分析或能谱分析来检测铁的存在。从磷酸铁锂电池的制备方面来看，由于磷酸亚铁锂中纳米颗粒小，比表面积高，加上碳包覆工艺，高比表面积的活性炭对空气中的水等气体有很强的吸附作用，导致电极加工性能差，粘结剂对其纳米颗粒的粘附性差。无论是在电池的制备过程中，还是在电池的充放电循环和储存过程中，纳米颗粒都容易从电极上脱离，导致电池内部微短路。据我们所知，磷酸铁锂电池在电池生产厂家的制造过程中和消费者的使用过程中，短路率都很高。电池厂商往往从电池制备工艺入手来查找问题，却往往没有意识到磷酸亚铁锂材料内部原因导致的短路问题。美国A123磷酸铁锂电池18650几年前在一辆电动车上起火爆炸，当时汽车行驶在高速公路上。后来，调查结果显示接线螺丝没有拧紧，导致过热和……用电池着火爆炸。但我们认为电池内部短路导致起火爆炸的可能性更大。外部局部螺丝未拧紧产生的热量会造成18650锂电池如此严重的起火爆炸现象，令人怀疑。

动力锂离子电池应用于电动汽车时，安全问题是最受关注的问题之一。影响因素很多，包括正负极材料、隔膜、电解液、电池设计、电源管理系统等。目前对锂离子电池的安全检测和评价都是在不同滥用条件下对成品电池进行取样，磷酸亚铁锂材料和磷酸铁锂电池的优异安全性能也是在这些条件下进行测试的。与锂离子电池安全性相关的更重要的因素是短路的可能性，以及因为材料和电池的内部原因导致短路的概率更高。以金属锂为负极的锂二次电池因充放电时锂枝晶会刺穿隔膜导致内部短路的安全问题而被废弃。一般认为锂离子电池在正常使用情况下是安全的，这从丰田使用镍基化合物作为正极材料也可以看出来，镍基化合物被认为是业界最差的。虽然磷酸亚铁锂材料的热稳定性和结构稳定性从热力学上来说是目前所有正极材料中最高的，在实际的安全性能测试中也得到了验证，但从材料和电池发生短路的可能性和概率来说，它可能是最不安全的。首先，从材料的制备来看，磷酸亚铁锂的固相烧结反应是一个复杂的多相反应(虽然有些合成技术号称是液相合成工艺，但最终都需要高温固相烧结)，包括固态磷酸盐、氧化铁和锂盐、碳前驱体和还原气相。为了确保磷酸亚铁锂中的铁元素为正二价，烧结反应必须在还原气氛中进行。在将三价铁离子还原为正二价铁离子的过程中，存在将亚铁离子进一步还原为微量元素铁的可能性。单质铁是电池中最忌讳的物质，会造成微短路，这也是动力锂离子电池不使用磷酸亚铁锂的主要原因之一。此外，固相反应的一个显著特点是反应的缓慢和不完全，这使得磷酸亚铁锂中可能存在微量的Fe2O3。美国Argonne实验室将磷酸亚铁锂高温循环性能差的原因归结于充放电循环过程中Fe2O3的溶解和元素铁在负极上的析出。此外，为了提高磷酸亚铁锂的性能，其颗粒必须是纳米尺寸的。纳米材料的一个显著特点是结构稳定性和热稳定性低，化学活性高，这也在一定程度上增加了磷酸亚铁锂中铁溶解的概率，尤其是在高温循环和储存条件下。实验结果还表明，通过负电极上的化学分析或能谱分析来检测铁的存在。从磷酸铁锂电池的制备方面来看，由于磷酸亚铁锂中纳米颗粒小，比表面积高，加上碳包覆工艺，高比表面积的活性炭对空气中的水等气体有很强的吸附作用，导致电极加工性能差，粘结剂对其纳米颗粒的粘附性差。无论是在电池的制备过程中，还是在电池的充放电循环和储存过程中，纳米颗粒都容易从电极上脱离，导致电池内部微短路。据我们所知，磷酸铁锂电池在电池生产厂家的制造过程中和消费者的使用过程中，短路率都很高。电池制造商往往从电池制备过程开始寻找问题，但他们往往没有意识到造成短路的问题……磷酸亚铁锂材料的内在原因。美国A123磷酸铁锂电池18650几年前在一辆电动车上起火爆炸，当时汽车行驶在高速公路上。后来调查结果显示，接线螺丝没有拧紧，导致过热，导致电池起火爆炸。但我们认为电池内部短路导致起火爆炸的可能性更大。外部局部螺丝未拧紧产生的热量会造成18650锂电池如此严重的起火爆炸现象，令人怀疑。

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