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东芝也是钛酸锂,并且早在2011年就已经开始量产,但直至现在东芝的SCiB在动力电池行业仍然籍籍无名。东芝SCiB最大的问题是能量密度问题,仅与镍氢电池相当,其他的都是优点,目前仅用于混合动力系统。
磷酸铁锂电池这种新型锂离子电池电极材料,其特点是放电容量大、价格低廉、无毒性、不会造成环境污染等。但是磷酸铁锂也存在不容忽视的根本性缺陷,归结起来主要有以下几点:
1、在磷酸铁锂制备时的烧结过程中,氧化铁在高温还原性气氛下存在被还原成单质铁的可能性。单质铁会引起电池的微短路,是电池中最忌讳的物质。这也是日本一直不将该材料作为动力型锂离子电池正极材料的主要原因。
2、磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷,如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。低温性能较差,即使将其纳米化和碳包覆也没有解决这一问题。
3、材料的制备成本与电的制造成本较高,电池成品率低,一致性差。磷酸铁锂的纳米化和碳包覆尽管提高了材料的电化学性能,但是也带来了其它问题,如能量密度的降低、合成成本的提高、电极加工性能不良以及对环境要求苛刻等问题。尽管磷酸铁锂中的化学元素 Li,Fe 与 P 很丰富,成本也较低,但是制备出的磷酸铁锂产品成本并不低,即使去掉前期的研发成本,该材料的工艺成本加上较高的制备电池的成本,会使得最终单位储能电量的成本较高。
4、产品一致性差。目前国内还没有一家磷酸铁锂材料厂能够解决这一问题。从材料制备角度来说,磷酸铁锂的合成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。在这一复杂的反应过程中,很难保证反应的一致性。
但磷酸铁锂晶体中的 P-O 键稳固,难以分解,即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质,因此拥有良好的安全性。有报告指出,实际操作中针刺或短路实验中发现有小部分样品出现燃烧现象,但未出现一例爆炸事件,而过充实验中使用大大超出自身放电电压数倍的高电压充电,发现依然有爆炸现象。虽然如此,其过充安全性较之普通液态电解液钴酸锂电池,已大有改善。此外,磷酸铁锂电池一般被认为是不含任何重金属与稀有金属 (镍氢电池需稀有金属),无毒,无污染,符合欧洲 RoHS 规定,为绝对的绿色环保电池证。
2015 年以来,全国已有 8 起纯电动客车、混合动力客车发生自燃事故,电池安全问题又一次被推向风口浪尖。在现有已经报告的电池安全事故中,原因有很多种:有电池漏液的、有电池短路的、有过充的等等各种因素所导致的。电池安全不应该只针对磷酸铁锂或三元电池种类进行讨论,特斯拉用的是钴酸铝,从材料角度评价其安全特性比目前国内许多厂家生产的三元电池差,但是特斯拉从电池 PACK 层面来保证电池系统的安全使用,事实证明也是可以的,因此安全是要从多个维度进行评价,从整车系统使作角度可以认为保证 PACK 级别的安全比关注电池本身的材料体系安全更为合理客观。从产业引导方面看,应该鼓励先进技术的应用,只有具备更好功率密度特性和能量密度特性的性价比更好的电池的出现才能够更好支撑新能源汽车产业的发展。
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