磷酸鐵鋰和三元合體?高安全和高能量密度兼得-瑞達(dá)國(guó)際集團(tuán)

　　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。