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三元锂电池自燃原因是什么
锂离子电池起火原因,可以划分成两个大部分,自身原因和外部原因。自身原因重要是指自身材料、结构热稳定性的好坏,对火灾发生与否的影响;外部原因,指各种滥用手段,引发的锂离子电池火灾。
在动力锂电池普及应用的初期,由于对电池性能认识不足,自身设计相关经验的缺乏以及使用者对系统的不熟悉,出现过一些事故。加之电动汽车这种新兴势力时时刻刻活在观察者眼光下的处境,使得锂离子电池火灾影响尤为广泛。
1.1自身原因锂离子电池由正极材料,负极材料和电解液组成,这几部分的热稳定性,直接影响着电芯发生热失控的可能性。
负极材料的热稳定性的影响因素目前应用的负极材料,绝大部分是碳材料。在高温条件下,石墨容易与电解液发生反应,尤其电池荷电量高的状态,LiC6更是能够提升反应的激烈性。
有研究发现,负极开始反应放热的温度起点,与碳材料的颗粒度有关,颗粒越大,其开始反应的温度就越高,也就越安全。同时,不同结构的碳材料参与电解液的反应,其放热量并不相同,石墨就比无定型碳(重要指软碳和硬碳)放热量大。
正极材料热稳定性的影响因素当前应用广泛的锂离子电池正极材料,都是锂的化合物。磷酸铁锂,锰酸锂和三元锂,假如泛泛的说,三者的安全性是从高到低排列的。而有人专门对正极材料在这些电池安全性中的影响做了研究。
研究认为,锂的化合物分子式中,锂的含量越高,其热稳定性就越差,开始与电解液反应的温度就越低。有个定量的比较,分子式中各个原子的比例系数,当锂的系数是0.25时,其反应温度为230°C;假如这个数值变成1,其起始反应温度就变成了170°C。此外,假如正极材料中含有除了锂以外的其他金属元素,则含锰元素的正极材料比含镍元素的正极材料热稳定性好。
电解液热稳定性影响因素电解液可以说是热稳定性问题的核心,它的稳定性直接影响整个体系的稳定性。有人针对电解液的热稳定性做了一些列研究,结果表明:电解液中的碳酸二甲酯含量越高,其热稳定性越差,越容易与正负极材料发生反应;电解液与越多类型材料相容性差,也就是在较低的温度下可以与多种不同的盐类发生反应,说明它越活泼,其热稳定性就越差。
老化带来的热失控老化是一个综合的过程,负极SEI膜结构老化,出现破损,引发自生热过程;负极锂枝晶堆积,造成内短路或者遇到高温环境与电解液激烈反应。老化带来的内阻上升,使得热积累出现的概率上升。总的来说,老化与热失控风险存在正相关性。
1.2各种滥用下的热失控因素锂离子电池的滥用,一般指由于意外事故或者管理系统故障造成对电池不恰当的使用。
(图/文/摄: 问答叫兽) 星瑞 理想ONE Model Y Model X 高合HiPhi X 零跑T03 @2019
三元锂电池真的会比磷酸锂电池更容易发生自燃吗?
目前的动力电池组主要采用两种形式,一种是三元锂电池,另一种则是磷酸铁锂电池。就目前来说,三元锂电池的确会比磷酸锂电池更容易自燃。
其中一个原因,那就是三元锂电池的燃点要比磷酸锂电池更低。三元锂电池的自燃温度为200℃,磷酸锂电池的自燃温度为500-800℃,三元锂电池的自燃温度明显更低。所以如果因为出现撞击或者是其他意外情况导致电池组温度升高,那么三元锂电池会比磷酸锂电池更快自燃。
再者,由正极材料、负极材料、隔膜和电解液四个部分组成的三元锂电池,在能量密度上,会大于磷酸锂电池。那么能量密度更大的三元锂电池组,对比磷酸锂电池就会变得更加活跃,因此如果说温度升高或者是遇到其他情况,就更加容易产生自燃了。
虽然说三元锂电池的确会比磷酸锂电池更容易自燃,但是三元锂电池组体积小,重量轻,充电快还耐用,再加上现在的BMS系统比较先进,所以三元锂电池在之后很长一段时间仍将是主流的动力电池组。所以,归根结底,电芯的安全问题应该是一个品控的问题,随着电池密度的持续走高,这对于电池的品控也提出了更高的要求,电池生产标准如果达不到规范,在使用中极易发生电芯的热失控,导致自燃事件的发生。
磷酸铁锂电池和三元锂电池哪一个好,为什么?
磷酸铁锂电池组和三元锂电池哪个寿命更长
磷酸铁锂电池循环5000次剩余容量百分之八十四,三元锂电池循环3900次剩余容量百分之六十六,循环寿命方面进行比较,磷酸铁锂电池组优势更明显。
如果把剩余容量/初始容量=80%作为测试结束点,目前磷酸铁锂电池实验室1C循环寿命在3500次以上,部分达到5000次,而三元锂电池实验室1C循环寿命在2500次左右。
在循环寿命这一个点上,磷酸铁锂电池组相较于三元锂电池,真实寿命要长许多。在同等循环次数下,磷酸铁锂电池的剩余容量也比三元锂电池多不少。
除了在循环寿命方面这两者电池有着较大的差距,在安全性能方面,两者也有不同。
磷酸铁锂电池组和三元锂电池安全性能比较
从材料体系方面来进行比较,磷酸铁锂电池组的正极材料分解温度在700摄氏度左右,三元锂电池的正极材料分解温度在200摄氏度左右。
在实验室的测试环境下,短路的磷酸铁锂电池单体,基本不会有着火的情况出现。而三元锂电池则不一样,会更容易出现着火的情况,所以三元锂电池对于热管理的要求较高,而磷酸铁锂电池组对于温度的适应性更高也更安全。
磷酸铁锂寿命长,循环寿命长(2000-5000)次,但是成组后的铁锂一致性较差,很难达到2000次寿命,热失控温度500度以上,安全性比三元锂电池好一些,但是低温性能差,体积重量大。
三元锂电池耐低温性能好,容量高,热失控200度以上,寿命(500-2000)次,一致性不错。安全性比铁锂低。
铁锂和三元都会起火爆炸,别被误导(本人做过高压过充和穿刺实验,铁锂用高压大电流充电也会膨胀起火)网上实验视频也有,百度能够搜到,在我看来目前的锂电池没有绝对安全的,使用锂电池当谨慎使用(定时插座配合bms保护系统多重安全,专用充电器,小电流充电,小电流放电,防水防震)
磷酸铁锂和三元锂,可以说是各有各的好处!
不同的产品领域,不同的需求,应用选用起来也是有不同的考虑的。
总的来说,
如果产品侧重考虑的是,高温安全性可靠性,循环寿命,要选择磷酸铁锂。
如果产品侧重考虑的是,能量密度,低温性能,性价比,要选择三元锂。
由于特有的材料特性,磷酸铁锂电池安全稳定性更高,而三元锂相对来说安全稳定性要低一些。
铁锂电池的循环寿命,1C充放电,100%DOD,会1500-2000次,80%容量剩余,而三元锂,同样的条件,只有500次左右的循环寿命。
磷酸铁锂平台电压比三元锂的低。铁锂标称3.2V,单体电压范围2.0~3.65V;而三元锂标称3.6V,单体电压范围2.5V~4.2V。
如果产品要求体积小重量轻,当然要选择三元锂电池,因为它的能量密度很高。以18650为例,国内品牌的铁锂电池容量在1500mAh左右;而三元锂电池,2200mAh和2600mAh国内较为常见,进口品牌三元锂能量密度更高,18650-3500mAh都是成熟稳定的产品了。
举个例子,常见的48V16Ah的产品,18650铁锂需要匹配15串10并,150颗电芯;而三元锂18650只需要13串5并左右就能搞定,才65颗18650的电芯。这样的体积与重量,三元锂比铁锂电池小得多了。
目前电动 汽车 的动力电池常采用锂离子电池。
锂离子按照正极材料的不同,又可以分为磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂、锰酸锂等类型。
从成本、安全、性能等综合考虑,目前市场上 三元材料 和 磷酸铁锂 是使用占比最高的电池。
两者区别是什么?
磷酸铁锂材料,化学式为LiFePO4,简写LFP,橄榄石结构,电压平台3.4V左右,比容量130-140mAh/g。
磷酸铁锂结构比较稳定,安全性高,循环性能好,成本也较低。
而三元材料,简写为NCM/NCA(NCA为NCM近亲),NCM化学式LiNixCoyMn1-x-yO2,层状结构,电压平台3.6V左右。
相比于磷酸铁锂电池,三元的比容量高于(最高达220mAh/g),但是循环性能较差,安全性也不高。
进一步来说,根据镍钴锰比列,三元材料又有NCM523,NCM622,NCM811(镍:钴:锰=8:1:1)之分,镍含量增高,比容量会逐渐上升,钴的含量也会相对减少,同时热稳定也会降低。
从上面比较可以看出,磷酸铁锂能量密度不及三元电池,但由于安全性相对较高,常用与电动大巴车上;而在电动乘用车,因为续航里程要求,常用三元电池。
看个人对续航里程、预算以及安全性的需求。
从能量密度方面看,成组后的三元锂大致比铁锂容量高1/3到1/2,也就是相同体积下电量比铁锂多1/3到1/2,同时重量也要轻1/3到1/2。对于空间有限预算不是事又追求极致续航的来说,三元锂是不二选择。
成本方面,三元锂价格比铁锂价格高,按每度电来算,三元成本是铁锂的1.5到2倍,对于预算有限但是续航要求仅在两三百公里以内的来说,铁锂无疑是兼顾日常续航和极致性价比的最好选择,DIY的话每度电成本甚至可以比铅酸还便宜。
安全性方面,市面上出现的锂电池爆燃事故,十有八九是三元锂锂电池,比如今年出现的一次特斯拉爆燃和两起蔚来 汽车 爆燃,反之,铁锂很少听到此类事故报道,这个和三元和铁锂的热分解温度高三元热分解温度低,铁锂不分解产生易燃助燃气体而三元易热分解出易燃助燃气体有关。所以,心粗一点的,小白一点的,可以用用铁锂。
市场上主流的动力锂电池有两类,第一类是磷酸铁锂电池;第二类是三元材料电池,含有镍、钴、锰三种金属元素。无钴电池是将这三种元素镍、钴、锰中的钴完全去除掉。
两者比较各有优劣:磷酸铁锂电池安全性还行,但由于能量密度低,续航相对较差,300公里以下磷酸铁锂没问题,之上会吃力;三元锂电池续航高,但安全性相对没有磷酸铁锂稳定。
不过,现在比亚迪新一代的电池产品“刀片电池”,它既具有三元锂电池的高续航特点,也具备磷酸铁锂电池的高安全性。更重要的是,造价成本相比三元锂电池还要低。
各确优点,如果要性价比高,而不考虑重量,那还是铁锂好,寿命更长,应力更好,更安全
磷酸铁锂优点安全,缺点能量密度低,三元锂电优点能量密度高,缺点不稳定充放电容发热
没有好坏之说,各有千秋:磷酸铁锂电池比较安全,适合做为储能电池在室内车内使用;三元锂脾气太爆,适合做为动力电池在室外和车外(底盘)使用。在低温环境磷酸铁锂可以使用自加热设计,成本不高也不会有太大的性能损失。倒是三元锂在高温下的热失控是个难解的大问题,一是加装散热系统必然导致结构复杂成本高,二是电池管理系统面对热失控除了自动断电别无他法。该烧的还是会继续烧,该炸的还要继续炸。大量的水是对付锂电池自燃爆炸的唯一办法,但是电动车、三轮车、电动 汽车 都不可能储有这么多的水,除了房车有巨大的清水箱和灰水箱,所以房车有使用三元锂的条件,但是要外置锂电池,不能放在车内(因为三元锂的燃烧爆炸非常迅猛,逃离大概只有七秒的时间),还要加装喷水灭火装置。
磷酸锂和三元锂电池傻傻分不清!您买电动汽车选什么电池?
如今,电动汽车越来越备受市民青睐,才有了5月特斯拉Model3在5月销量再次过万辆,达到了11095辆。如今,电动汽车有采用磷酸铁锂电池的,也有采用三元锂电池的,作为私家车用户来说,买什么电池的电动汽车更好?
长续航续航背后就是高自燃概率!
三元锂电池能量密度大续航长但易高温引发自燃
购买电动汽车的用户最在乎的就是续航长短,续航里程要长,就需要加大电池容量,三元锂电池的能量密度更高。如今包括特斯拉Model3等车都是采用三元锂电池。三元锂电池具有能量密度高,循环性能好于正常钴酸锂的优点。
三元锂电池也并不是没任何缺点,不管是镍钴铝酸锂电池,还是镍钴锰酸锂电池,特别是镍钴铝的高温结构不稳定,导致高温安全性差,且pH值过高易使单体胀气,进而引发危险,而三元锂电池的造价比磷酸铁锂电池更高。
如今很多的电动汽车自燃,并不是三元锂电池就应该背锅自燃就高,而是三元锂电池设计导致,如何从设计上降低高温的产生和让热量消失,成为未来三元锂电池发展的设计瓶颈。
2018年电动汽车自燃统计
在2018和2019年发生多起电动汽车自燃事件,背后更是涉事动力电池企业和电动车企不重视安全,为了降低成本,对电芯品控不严、BMS设计要求太低、没有对动力电池包足够的安全设计保护导致。
2019年电动汽车自燃情况统计
磷酸铁锂电池安全且寿命长但能量密度低续航短
磷酸铁锂电池是用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色是不含钴等贵重元素,原料价格低,且磷和铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。其工作电压适中(3.2V)、单位重量下电容量大(170 mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。
概括来说,磷酸铁锂电池有更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、支持快速充电、工作温度范围广等优点。不过磷酸铁锂电池的振实密度与压实密度很低,导致锂离子电池的能量密度较低;电池成品率低,而电池的一致性差。
要续航买三元锂的车、要安全和便宜买磷酸铁锂车
以上的磷酸铁锂电池和三元锂电池的对比对很多买电动汽车用户来说太过专业,广大的私家车用户根本看不懂。可以肯定的是,购买电动汽车的用户对续航、安全和可靠很在乎。针对平民车型、运营车型和商用车型来说,车企肯定是优选具有寿命、成本、安全性优势的磷酸铁锂电池。
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那些针对中、高端车型及主打差异化、品牌化的车型,车企和消费者还是优选具有大容量、高能量密度、快充效率更高的三元锂离子电池。也就是说,从目前汉配备磷酸铁锂电池来看,续航里程就不及小鹏P7,那些配备三元锂电池的定位中高端的车型,续航里程就会长很多,但电池成本也会高一些,所以车价也会贵一些。
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