磷酸铁锂电池爆炸起火的原因及后果

磷酸铁锂电池爆炸起火的原因及后果

磷酸铁锂电池在一般情况下是不会出现爆炸起火的的。正常使用时磷酸铁锂电池的安全性较高，但是事无绝对，在一些极端情况下还是会发生危险的。这跟各公司的材料选择、配比、工艺过程以及后期的使用是有很大关系的。

尽管磷酸铁锂材料从热力学方面来说，其热稳定性和结构稳定型是目前所有正极材料中最高的，并且在实际安全性能测试中也被验证，但从材料以及电池内在发生短路的可能性和几率来看，它可能又是最不安全的。

首先，从材料的制备来说，磷酸铁锂的固相烧结反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。为了保证磷酸铁锂中的铁元素是正二价，烧结反应必须在还原性气氛中进行，而较强的还原性气氛在将三价铁离子还原成正二价铁离子的过程中，存在将正二价铁离子进一步还原成微量单质铁的可能性。

单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质，这也是日本没有将磷酸铁锂应用于动力型锂离子电池中的主要原因之一。此外，固相反应一个显著的特点是反应的缓慢性和不彻底性，这使得在磷酸铁锂中存在微量Fe2O3的可能性，美国阿贡实验室将磷酸铁锂高温循环性差的缺陷归结为Fe2O3在充放电循环过程中的溶解以及单质铁在负极上的析出。此外，为了提高磷酸铁锂的性能，必须将其颗粒纳米化。而纳米材料的一个显著特点是结构稳定性和热稳定性较低，化学活性较高，这在某种程度上也增加了磷酸铁锂中铁溶解的几率，特别是在高温循环与储存条件下。而实验结果也表明，在负极上通过化学分析或者能谱分析，测试到铁元素的存在。

从磷酸铁锂电池制备的方面来说，由于磷酸铁锂纳米级颗粒较小，比表面积较高，并且由于采用碳包覆工艺，高比表面积的活性炭对空气中的水分等气体具有很强的吸附作用，造成电极加工性能不佳，粘结剂对其纳米颗粒的粘附力较差。无论在电池制备过程中还是在电池的充放电循环和储存时，纳米颗粒都容易从电极上脱离，造成电池的内部微短路。

当然这只是在制作过程中的问题，锂电池的工艺技术发展飞快。有些工艺技术已经非常的优秀。

磷酸铁锂电池工作原理

作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全(不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸)、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用磷酸铁锂作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电(5～10C放电)、放电电压平稳上、安全上(不燃烧、不爆炸)、寿命上(循环次数)、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。

LiFePO4作为电池的正极，由铝箔与电池正极连接，中间是聚合物的隔膜，它把正极与负极隔开，但锂离子Li+可以通过而电子e-不能通过，右边是由碳(石墨)组成的电池负极，由铜箔与电池的负极连接。电池的上下端之间是电池的电解质，电池由金属外壳密闭封装。

LiFePO4电池在充电时，正极中的锂离子Li+通过聚合物隔膜向负极迁移;在放电过程中，负极中的锂离子Li+通过隔膜向正极迁移。锂离子电池就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的。

磷酸铁锂电池的工作温度,充电环境温度：10℃～55℃;放电环境温度：20℃～60℃。

　　磷酸铁锂电池安全性分类测试

1.抗重物冲击：磷酸铁锂电池组按规定进行试验，应不起火、不爆炸。

2.抗热冲击：电池组按规定进行试验，应不起火、不爆炸。

3.抗过充电：电池模块按规定进行试验，应不起火、不爆炸。

4.抗短路：电池模块按规定进行试验，应不起火、不爆炸。

5.高温储存：电芯按规定进行试验，应不漏液、冒烟、起火或爆炸。

6.抗加热：电池模块按规定进行试验，爆炸电池没有任何部分穿透网屏，没有部分或全部电池突出网屏。

7.抗穿刺：磷酸铁锂电池组按规定进行试验，应不起火、不爆炸。

磷酸铁锂电池的特性

高能量密度

其理论比容量为170mAh/g，产品实际比容量可超过140mAh/g(0.2C,25°C);

安全性

是目前最安全的锂离子电池正极材料;不含任何对人体有害的重金属元素;

寿命长

在100%DOD条件下，可以充放电2000次以上.

磷酸铁锂电池的使用寿命与其使用温度息息相关，使用温度过低或者过高在其充放电过程及使用过程均产生极大不良隐患。尤其在中国北方电动汽车上使用，在秋冬季磷酸铁锂电池无法正常供电或供电电源过低，需调节其工作环境温度保持其性能。目前，国内解决磷酸铁锂电池恒温工作环境需考虑空间限制问题，较普遍的解决方案是使用气凝胶毡作为保温层。