如何衡量锂电池正极材料安全性?

锂离子电池的工作原理:其充电过程是指锂离子从正极跑出来,通过电解液游和隔膜到负极并得到电子,嵌入到负极材料中,而放电过程则相反,负极材料中的锂被氧化,通过电解液,嵌入正极材料。

那我们应如何衡量锂电池正极材料安全性?

1、容不容易在充电时形成枝晶

以钴酸锂为例,钴酸锂材料的实际使用容量其实只有理论容量的一半,即钴酸锂电池在正常充电结束后,正极材料中的锂离子将还有剩余。此时,如果充电电压继续升高,那么钴酸锂材料中的剩余的Li+将会继续脱嵌,游向负极,而负极材料中能容纳Li+的位置已被填满,所以剩下的锂离子只能以金属的形式在其表面析出。一方面,金属锂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;另一方面,金属锂非常活泼,会直接和电解液反应放热;另外,金属锂的熔点很低,只要内部温度稍高些,它将会熔解,从而导致正负极短路,造成安全事故。

锂电池图片

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,而且动力锂离子电池的容量高,造成的破坏性将非常大。

2、氧化还原反应温度高低

氧化温度是指材料发生氧化还原放热反应的温度,是衡量材料氧化能力的重要指标,温度越高,材料氧化能力越弱。

由于锂离子电池的电压高,因此使用的是非水溶性的有机电解质,这些有机电解质具有还原性,会和正极材料发生氧化还原反应并释放热量,正极材料的氧化能力若越强,其发生反应就越剧烈,安全风险就会越大。

从目前市场化的正极材料来看,钴酸锂材料相对活泼,具有很强的氧化性;而锰酸锂和磷酸铁锂的氧化性相对弱,安全性较高。

 

 

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