瑞達(dá)蓄電池述磷酸鐵鋰和三元合體?高安全和高能量密度兼得

發(fā)布時(shí)間:2024-10-28 閱讀:0 來源: 瑞達(dá)蓄電池

  磷酸鐵鋰和三元合體?高安全和高能量密度兼得

  “電動(dòng)汽車安全問題,核心的問題永遠(yuǎn)是電池的問題。”日前,中國(guó)工程院院士孫逢春在中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇(2019)上接受媒體采訪時(shí)表示。在2019年年初,特斯拉上海超級(jí)工廠正式開工,隨后就有媒體報(bào)道特斯拉“未能就電池存在的危險(xiǎn)狀況告知車主”因而發(fā)生安全事故,這再次引發(fā)人們對(duì)電池安全問題的關(guān)注。武漢大學(xué)教授艾新平指出,近年來,隨著電動(dòng)汽車保有量增加,以及動(dòng)力電池能量密度的提高,安全性事故頻發(fā),已經(jīng)嚴(yán)重影響了電動(dòng)汽車的發(fā)展,甚至有人開始對(duì)國(guó)家制定的動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展路線提出了質(zhì)疑。能量密度越高,熱失控風(fēng)險(xiǎn)越大“全球每年電動(dòng)汽車著火的案例可能不低于數(shù)千起,這里面有很多都是因?yàn)殡姵乇旧淼膯栴},或者是應(yīng)用中的問題?!笔サ貋喐缰萘⒋髮W(xué)教授米春亭表示,因?yàn)殡姵乇旧黼娀瘜W(xué)的原因,到目前為止安全問題還沒有完全解決。電池里面有很多可燃材料,包括鋰、電解液等,還有化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的各種氣體,都是可燃的。電池安全問題的產(chǎn)生,實(shí)際上還與電池的應(yīng)用密切相關(guān),比如說過充過放,非正常的電壓電流、低溫或者高溫,超低溫、超高溫情況下的使用,還有系統(tǒng)的故障,比如說熱管理系統(tǒng)的故障或者充放電系統(tǒng)的故障等。從2011年到2018年9月份,全國(guó)所有的電動(dòng)汽車安全事故中,乘用車大概有80多例。據(jù)中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司動(dòng)力電池首席專家王芳統(tǒng)計(jì),這其中有16%是跟充電相關(guān)的,在充電的末期甚至是過充電的時(shí)候,比較容易發(fā)生安全問題。她表示,碰撞也就是機(jī)械外力因素,占比約18%;進(jìn)水因素大概占3%;電池的內(nèi)短路引發(fā)的事故,比例比較大,占35%;還有一些是不明原因的事故。鋰離子電池的安全性歸根到底一句話,就是來自于電池的熱失控。艾新平指出,一般認(rèn)為熱失控的原因,是負(fù)極的熱失控,但是對(duì)三元電池來說,有可能是正極先發(fā)生熱失控,然后負(fù)極再發(fā)生熱失控。要解決這個(gè)問題,對(duì)三元電池來說難度將更大。艾新平舉例說,隨著鎳含量的增加,高鎳三元正極熱分解溫度越來越低,放熱量越來越大。比如811電池,當(dāng)鎳含量達(dá)到80%時(shí),在120度左右就開始發(fā)生熱分解,引發(fā)熱失控。電池的安全性首先取決于材料本身的安全性。研究表明,磷酸鐵鋰的熱穩(wěn)定性從材料方面來講是最好的。上海交通大學(xué)特聘教授馬紫峰談到,電池的能量密度越高,實(shí)際上產(chǎn)生的過熱或者熱失控的概率就越大。顛覆傳統(tǒng),解決安全性問題電池安全問題是因?yàn)樗姆磻?yīng)界面非常活躍,高反應(yīng)性又影響了安全性,電池材料在反應(yīng)活性跟穩(wěn)定性方面存在一個(gè)固有的矛盾。美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)教授王朝陽(yáng)表示,電池安全的問題,靠傳統(tǒng)的思路、傳統(tǒng)的方法不一定能夠有效解決,還是需要新的思路,需要新的創(chuàng)新。王朝陽(yáng)談到了一個(gè)“突破我們傳統(tǒng)的電池科學(xué)跟技術(shù)的框框,能夠真正顛覆傳統(tǒng)的想法”,即采用比較鈍化的材料去構(gòu)造電芯,在電芯當(dāng)中插入一片極薄的可以迅速加熱的葉片。那么它在平時(shí)的時(shí)候是高安全、高穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),在使用的時(shí)候,用熱刺激來迅速調(diào)制電化學(xué)的動(dòng)力特性,讓其能夠輸出高功率。這樣,就可以實(shí)現(xiàn)電池的高安全性和高性能兼得。“811電池,甚至905電池,90%的鎳只有5%的鈷,材料本身不太穩(wěn)定。我們進(jìn)行表面包覆,用磷酸鐵鋰來包覆三元,這樣表面是非常非常穩(wěn)定的狀況。從活性材料改善可以達(dá)到很穩(wěn)定的電池?!蓖醭?yáng)表示。提高電池的安全性,艾新平認(rèn)為應(yīng)該從三個(gè)層面開展工作。第一是材料層面,第二是單體層面,第三是系統(tǒng)層面。在材料層面,要重點(diǎn)提高材料和界面的熱穩(wěn)定性,降低它的產(chǎn)熱量;在單體層面,除了要優(yōu)化電池?zé)嵩O(shè)計(jì)以外,更重要的是采用一些熱保護(hù)技術(shù),比如PTC電極,熱關(guān)閉隔膜等;在系統(tǒng)層面,要重點(diǎn)開展隔熱設(shè)計(jì),防止熱擴(kuò)展??傮w來說,材料是基礎(chǔ),單體是關(guān)鍵,系統(tǒng)是安全的最后保障。馬紫峰認(rèn)為,電池的安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命是整個(gè)電池設(shè)計(jì)當(dāng)中非常重要的一個(gè)問題。要增加電池的安全性,對(duì)于高能量密度的電池,就需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中加入特定的保護(hù)裝置,比如說冷卻系統(tǒng),還有防爆系統(tǒng)等。防患于未然,對(duì)電池健康狀態(tài)的檢測(cè)是非常重要的,這就需要電池管理系統(tǒng)。米春亭表示,“如果診斷到電池單體出現(xiàn)了短路,就會(huì)告訴駕駛員,對(duì)不起,可能幾秒鐘之內(nèi)就會(huì)著火,盡快找地方停下來。”這樣就能夠最大限度保障人員的安全。孫逢春院士認(rèn)為,隨著電池能量密度的提高,一方面要在現(xiàn)有的體系基礎(chǔ)上,去改進(jìn)安全性,同時(shí)要探索新的材料體系,研發(fā)更加安全、能量密度更高的電池,比如全固態(tài)電池。全固態(tài)電池如果能夠真的實(shí)現(xiàn),安全問題基本上就能夠解決。

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