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

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，且電極和隔膜越來越薄、越來越輕。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。

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

在升溫過程中，該電解液先熔融再分解，在244℃開始熔融，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、在低溫測得（183℃）開始放熱，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測定中，可觀察到熱分解的起始溫度、可以評價(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)定性也會越降低的報(bào)告。不可否認(rèn)，隨著新能源汽車財(cái)政補(bǔ)貼大幅退坡，整車公司在部分車型上換裝磷酸鐵鋰離子電池，正是為應(yīng)對補(bǔ)貼退坡帶來的成本壓力。動(dòng)力鋰電池作為新能源汽車的核心部件，占新能源汽車成本的40％左右。據(jù)電池我國網(wǎng)了解，2018年國內(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)級純電動(dòng)汽車的電池容量為50kWh，其整個(gè)電池包的價(jià)格就會在7萬元附近。而關(guān)于售價(jià)在10萬元以下的A0級車，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，那么車企可能要做虧本買賣。

磷酸鐵鋰離子電池因沒有鎳、鈷等貴金屬，其成本目前在0．6元－0．9元／Wh，且相對穩(wěn)定。磷酸鐵鋰較低的成本使得整車公司在新能源汽車財(cái)政補(bǔ)貼大幅退坡環(huán)境下仍有利可圖。同時(shí)，就目前國內(nèi)新能源乘用車消費(fèi)市場來看，A0級以下的乘用車對價(jià)格敏感度更高，也更追求高性價(jià)比，磷酸鐵鋰在該領(lǐng)域的應(yīng)用仍有很大優(yōu)勢。在新能源汽車逐漸市場化的情況下，磷酸鐵鋰離子電池的成本優(yōu)勢將成為其與三元電池競爭最有利的武器。