鋰離子電池的應(yīng)用十分廣泛，如手機(jī)、筆記本、電動(dòng)汽車(chē)等已成為生活中不可或缺的產(chǎn)品。隨著其在汽車(chē)以及電力儲(chǔ)藏等領(lǐng)域大型化的應(yīng)用、對(duì)其高性能和安全性要求也越來(lái)越高。

鋰離子電池具有極高的能量密度，這是因?yàn)殡姵刂蟹庋b了更多活性材料，且電極和隔膜越來(lái)越薄、越來(lái)越輕。這些均要電池組成材料之間的完美搭配、若設(shè)計(jì)不足或者濫用，就會(huì)出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，導(dǎo)致冒煙、起火甚至爆炸等事故。

因此對(duì)鋰離子電池的生產(chǎn)和使用過(guò)程中的安全性評(píng)價(jià)非常重要，下面就讓我們用日立DSC7000系列對(duì)鋰離子充電電池電解液以及正極材料進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)。

樣品處理和容器

■樣品處理的氣氛

LIB的構(gòu)成中包含很多反應(yīng)性高的材料。實(shí)際產(chǎn)品被封裝在惰性氣氛中，因此DSC測(cè)定也必須將其密封在惰性氣體中進(jìn)行。（為了防止大氣中的水分、氧氣、二氧化碳等氣氛對(duì)樣品的影響、樣品處理在手套箱中進(jìn)行。）

■容器

樣品分解出現(xiàn)的氣體、會(huì)污染DSC傳感器、可能造成儀器功能損壞，因此需選擇密封形的容器。另外測(cè)試時(shí)容器內(nèi)部壓力增大，故要選擇高耐壓值的SUS密封容器。

電解液正極材料的熱特性的研究

■電解液

樣品中溶劑為高介電常數(shù)溶劑碳酸乙烯酯（EC）和低粘度溶劑碳酸甲基乙基酯（EMC），電解質(zhì)為六氟磷酸鋰（LiPF6）。

在升溫過(guò)程中，該電解液先熔融再分解，在244℃開(kāi)始熔融，分解放熱峰溫度278℃，同時(shí)還可以得到其分解放熱量。

■電解液+正極材料

這里顯示把電解液和正極材料混合密封在容器中的樣品的DSC測(cè)定結(jié)果。正極材料是充電狀態(tài)的錳酸鋰（LixMn2O4、X=0(充電狀態(tài))）。

183℃附近有一個(gè)放熱反應(yīng)，隨后有一個(gè)放熱峰，放熱峰峰值約為290℃，與上述的電解液相比、在低溫測(cè)得（183℃）開(kāi)始放熱，這是正極材料的熱分解，釋放氧氣、使得電解液氧化分解。

從上述DSC測(cè)定中，可觀察到熱分解的起始溫度、可以評(píng)價(jià)LIB的熱穩(wěn)定性、起始溫度越高熱穩(wěn)定性越高。本資料顯示的是完全充電狀態(tài)的結(jié)果、也有充電越多，Li脫離量越多、熱穩(wěn)定性也會(huì)越降低的報(bào)告。不可否認(rèn)，隨著新能源汽車(chē)財(cái)政補(bǔ)貼大幅退坡，整車(chē)公司在部分車(chē)型上換裝磷酸鐵鋰離子電池，正是為應(yīng)對(duì)補(bǔ)貼退坡帶來(lái)的成本壓力。動(dòng)力鋰電池作為新能源汽車(chē)的核心部件，占新能源汽車(chē)成本的40％左右。據(jù)電池我國(guó)網(wǎng)了解，2018年國(guó)內(nèi)三元電池電芯的主流價(jià)格在1．2元／Wh左右，PACK成本在0．2元附近。在這樣的電芯價(jià)格下，假設(shè)一款A(yù)級(jí)純電動(dòng)汽車(chē)的電池容量為50kWh，其整個(gè)電池包的價(jià)格就會(huì)在7萬(wàn)元附近。而關(guān)于售價(jià)在10萬(wàn)元以下的A0級(jí)車(chē)，三元鋰離子電池在其成本構(gòu)成中占比可能更高，假如僅盲目追求高能量密度和高續(xù)航里程，那么車(chē)企可能要做虧本買(mǎi)賣(mài)。

磷酸鐵鋰離子電池因沒(méi)有鎳、鈷等貴金屬，其成本目前在0．6元－0．9元／Wh，且相對(duì)穩(wěn)定。磷酸鐵鋰較低的成本使得整車(chē)公司在新能源汽車(chē)財(cái)政補(bǔ)貼大幅退坡環(huán)境下仍有利可圖。同時(shí)，就目前國(guó)內(nèi)新能源乘用車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)來(lái)看，A0級(jí)以下的乘用車(chē)對(duì)價(jià)格敏感度更高，也更追求高性?xún)r(jià)比，磷酸鐵鋰在該領(lǐng)域的應(yīng)用仍有很大優(yōu)勢(shì)。在新能源汽車(chē)逐漸市場(chǎng)化的情況下，磷酸鐵鋰離子電池的成本優(yōu)勢(shì)將成為其與三元電池競(jìng)爭(zhēng)最有利的武器。