• 17年专注锂电池定制

    电池原材料:磷酸铁锂和三元合体

    来源:钜大LARGE    2019-02-20    点击量:70

    随着电动汽车保有量增加,以及动力电池能量密度的提高,安全性事故频发,已经严重影响了电动汽车的发展,甚至有人开始对国家制定的动力电池技术发展路线提出了质疑。

    “电动汽车安全问题,核心的问题永远是电池的问题。?#27604;?#21069;,中国工程院院士孙逢春在中国电动汽车百人会论坛(2019)上接受媒体采访时表示。

    在2019年年初,特斯拉上海超级工厂正式开工,随后就有媒体报道特斯拉“未能就电池存在的危险状况告知车主”因而发生安全事故,这再?#25105;?#21457;人们对电池安全问题的关注。

    武汉大学教授艾新平指出,近年来,随着电动汽车保有量增加,以及动力电池能量密度的提高,安全性事故频发,已经严重影响了电动汽车的发展,甚至有人开始对国家制定的动力电池技术发展路线提出了质疑。

    能量密度越高热失控风险越大

    “全球每年电动汽车着火的案例可能不低于数千起,这里面有很多都是因为电池本身的问题,或者是应用中的问题。”圣地亚哥州立大学教授?#29366;和?#34920;示,因为电池本身电化学的原因,到目前为止安全问题还没有完全解决。电池里面有很多可燃材料,包括锂、电解液等,还有化学反应过程中产生的各?#21046;?#20307;,都是可燃的。

    电池安全问题的产生,实际上还与电池的应用密切相关,?#28909;?#35828;过充过放,非正常的电压电流、低温或者高温,超低温、超高温情况下的使用,还有?#20302;车?#25925;障,?#28909;?#35828;热管理?#20302;车?#25925;障或者充放电?#20302;车?#25925;障等。

    从2011年到2018年9?#36335;藎?#20840;国所有的电动汽车安全事故中,乘用车大概有80多例。据中国汽车技术研究中心有限公司动力电池首席专家王芳统计,这其中有16%是跟充电相关的,在充电的末期甚至是过充电的时候,比较容易发生安全问题。她表示,碰撞也就是机?#20302;?#21147;因素,占比约18%;进水因素大概占3%;电池的内短路引发的事故,比例比较大,占35%?#25442;?#26377;一些是不明原因的事故。

    锂离子电池的安全性归根到底一句话,就是来自于电池的热失控。艾新平指出,一般认为热失控的原因,是负极的热失控,但是对三元电池来说,有可能是正极先发生热失控,然后负极再发生热失控。要解决这个问题,对三元电池来?#30340;?#24230;将更大。

    艾新平举例说,随着镍含量的增加,高镍三元正极热分解温度越来越低,放热量越来越大。?#28909;?11电池,当镍含量达到80%?#20445;?#22312;120度左右就开始发生热分解,引发热失控。

    电池的安全性首?#28909;?#20915;于材料本身的安全性。研究表明,磷酸铁锂的热稳定性从材料方面来讲是最好的。上海交通大学特聘教授马紫峰谈到,电池的能量密度越高,实际上产生的过热或者热失控的概率就越大。

    颠覆传统解决安全性问题

    电池安全问题是因为它的反应界面非常活跃,高反应性又影响了安全性,电池材料在反应活性跟稳定性方面存在一个固有的矛盾。美国宾夕法尼亚州立大学教授王朝阳表示,电池安全的问题,靠传?#36710;?#24605;路、传?#36710;?#26041;法不一定能够有效解决,?#25925;?#38656;要新的思路,需要新的创新。

    王朝阳谈到了一个“突破我们传?#36710;?#30005;池科学跟技术的框框,能够真正颠覆传?#36710;南?#27861;?#20445;?#21363;采用比较钝化的材料去构造电芯,在电芯当中插入一片极薄的可以迅速加热的叶片。那么它在平时的时候是高安全、高稳定的结构,在使用的时候,用热刺激来迅速调制电化学的动力特性,让其能够输出高功率。这样,就可以实现电池的高安全性和高性能兼得。

    “811电池,甚至905电池,90%的镍只有5%的钴,材料本身不太稳定。我们进行表面包覆,用磷酸铁锂来包覆三元,这样表面是非常非常稳定的状况。从活性材料改善可以达到很稳定的电池。”王朝阳表示。

    提高电池的安全性,艾新平认为应该从三个层面开展工作。第一是材料层面,第二是单体层面,第三是?#20302;?#23618;面。在材料层面,要重点提高材料和界面的热稳定性,降低它的产热量;在单体层面,除了要优化电池热设计以外,更重要的是采用一些热保护技术,?#28909;鏟TC电极,热关闭隔膜等;在?#20302;?#23618;面,要重点开展隔热设计,防止热扩展。总体来说,材料是基础,单体是关键,?#20302;?#26159;安全的最后保障。

    马紫峰认为,电池的安全性和长循环寿命是整个电池设?#39057;?#20013;非常重要的一个问题。要增加电池的安全性,对于高能量密度的电池,就需要在?#20302;成杓频?#20013;加入特定的保护装置,?#28909;縊道?#21364;?#20302;常?#36824;有防爆?#20302;车取?br/>
    防?#21152;?#26410;然,对电池健?#24213;刺?#30340;检测是非常重要的,这就需要电池管理?#20302;場C状和?#34920;示,“如果诊?#31995;?#30005;池单体出现了短路,就会告诉驾驶?#20445;?#23545;不起,可能?#35813;脛又?#20869;就会着火,尽快?#19994;?#26041;停下来。”这样就能够最大限度保障人员的安全。

    孙逢春院士认为,随着电池能量密度的提高,一方面要在现有的体系基础上,去改进安全性,同时要探索新的材料体系,研发更加安全、能量密度更高的电池,?#28909;?#20840;固态电池。全固态电池如果能够真的实现,安全问题基本上就能够解决。

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