安全的锂电池正极材料

磷酸铁锂电池安全性能基本认识

磷酸铁锂(LiFePO4)材料具有热稳定性高、对电解液的氧化能力低、化学扩散系数较低、室温下的电子电导也远低于其他正极材料等安全因素，所以磷酸铁锂具有最好的安全性。

钴锂氧化物

锂钴氧化物具有电压高，放电平稳等优点。其二维层状结果属于α-NaFeO2型，适合锂离子嵌入和脱出。但在反复的充放电过程中，由于锂离子的反复嵌入与脱出，使活性物质的结构在多次收缩和膨胀后发生改变，同时导致LiCoO2发生粒间松动而脱落，使内阻增大，容量减小，其过充不安全性决定了它不可能在大容量电池中得到应用。

锰锂氧化物

过针刺 低温防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆标准

充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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锂锰氧化物突出优点是稳定性好，无污染，工作电压高，成本低廉，但锂锰氧化物在电解液中会逐渐溶解，发生歧化反应；深度放电过程中，当锰的平均化合价为3.5时会发生Jahn－Teller扭曲，使尖晶石晶格在体积上发生变化，电极成分丢失。这会导致电池经多次循环后会发生容量衰减。并且材料在合成上存在困难，同时材料工作电压偏低且在充放电过程中存在结构转变等问题。

磷酸铁锂呢？

与传统的钴酸锂、锂锰氧化物正极材料相比，磷酸铁锂具有如下优点：

1.安全性高：磷酸铁锂比目前使用的所有其它正极材料都安全；

2.循环性能更好：循环寿命可高达2000次（80%DOD），并且十分稳定（衰减十分缓慢，自放电率极低，可达钴酸锂的1/10；

无人船智能锂电池

IP67防水，充放电分口 安全可靠

标称电压：28.8V
标称容量：34.3Ah
电池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
应用领域：勘探测绘、无人设备

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3.高温性能好。在60－80℃放电容量高于常温容量；

4.热稳定性高：当电池温度处于500-600℃高温时，其内部化学成分才开始分解，而钴酸锂电池在180-250℃时就已经处于不稳定状态；

5.不使用战略资源钴等，价格低。

磷酸铁锂的优良性能是由其晶体结构决定的：

目前用的钴酸锂、锰酸锂，等都是一种锂的氧化物，而磷酸铁锂LiFePO4是一种盐，磷酸盐，因此其热稳定性明显优于其他材料。磷酸铁锂的晶体结构是一种橄榄石结构，并且LiFePO4和FePO4晶体在结构上具有高低相似性。LiFePO4晶体属于正交晶系，每个晶胞中含有4个LiFePO4单元，在结构中，O原子作六方紧密堆积，Li和Fe原子位于氧的八面体间隙。Li位置形成共棱八面体线性链，共角或共棱的PO43-多离子团把这些链连接在一起构成LiFePO4的骨架结构，这使得锂离子的二维移动成为可能。由于阳离子间交叉共棱产生库仑斥力，使面心立方密堆O排列变形。当锂从LiFePO4中脱嵌后,晶格常数a会略微缩小,最终体积缩小6.81%,密度增加2.59%，。因此LiFePO4在充放电过程中很稳定，锂离子的嵌入/脱嵌对磷酸铁锂的体积变化基本上不产生影响。而氧化物钴酸锂、锰酸锂是做不到的，有些体积改变还很大。

材料的结构对材料的安全性能起着决定性作用：

①在橄榄石结构中，所有氧离子与P5+通过强的共价键结合形成(PO4)3-，即便是在全充态，O也很难脱出，提高了材料的稳定性和安全性；

②由于其氧化还原对为Fe3+/Fe2+，当电池处于全充态时与有机电解液的反应活性低，因此安全性能较好；

③全充态正极材料体积收缩6.4%，当与碳组成电池时，刚好弥补了碳负极的体积膨胀，提高了电池安全稳定性。

在抗过充和安全性能方面，LiNiO2和LiCoO2正极材料，其在过充情况下结构不稳定，由于正极材料中的Ni4+和Co4+具有强的氧化能力，在材料中将发生析氧反应，放出O2，与电解液反应放出大量的热，发生起火或爆炸，影响使用的安全。而LiFePO4正极材料结构比较稳定，在充放电时是利用从Fe2+到Fe3+的氧化还原反应，也就是利用的是Fe3+/Fe2+氧化还原对，由于在充电时形成的Fe3+的氧化能力不强，不会放出O2，很难与电解质等发生氧化还原反应，影响其安全性，所以LiFePO4具有较好的抗过充性能和安全性能。