欧阳明高:动力电池安全技术将成企业竞争主战场

新濠国际

2018-10-27

9月20日,由中国电动汽车百人会▓、中国信息化百人会▓▓、浙江省发改委以及杭州市人民政府主办▓▓,杭州萧山区政府和大会组委会承办的全球未来出行大会(GlobalFutureMobilityConference)在杭州G20场馆来开帷幕▓,在全球新能源汽车创新大会环节▓▓,中国科学院院士▓、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高▓▓,重点提及了新能源汽车动力电池安全问题。

中国科学院院士▓、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高欧阳明高表示▓,首先是电动汽车事故自燃事件频发▓,根据国外电动汽车自燃起火的原因汇总后发现▓,主要是碰撞后起火。

国内电动汽车“起火”则主要有以下几个特征:第一▓▓,电池类型以三元电池为主,比例超过一半▓,当然也有磷酸铁锂电池▓▓;第二▓,圆柱形电池为主▓,因为圆柱电池外部是钢壳▓,卷的比较紧▓,一旦发生热失控▓▓▓,它会爆炸▓▓,之后会引燃其他电池。

第三▓,充电失火的事故占比较大▓。 欧阳明高指出,电池热失控是事故主因▓。 电池的热失控就是电池达到一定温度产生连锁的负反应▓,放热反应。

这个过程忠▓,电池温度快速上升,最高速度可达每秒钟温升接近1千度▓▓▓▓。

热失控是什么引起的呢▓▓?欧阳明高点干掉▓▓,首先是电池过热而导致热失控▓,过热的原因则有可能是电池包本身温度不均匀▓▓、过充过放、外短路、内短路等等这些电的原因会放热▓,还有机械原因▓▓,比如进水、密封不好▓、碰撞等等▓。 欧阳明高认为▓,动力电池自燃主要归因为产品质量问题。 产品质量问题就是指产品在设计、制造、验证▓、使用过程中没有严格遵守相关技术标准和规范。 主要有三类:第一▓▓,电池产品测试验证不足;第二▓▓▓▓,车辆使用过程中可靠性变化▓;第三▓▓,充电安全管理技术有问题。

在欧阳明高看来,高比能量电池面临更严峻的安全技术挑战▓。

根据中国新能源汽车动力电池比能量发展的趋势▓,我国将迅速向300wh/kg的高比能量电池迈进▓▓,高比能产品也会进入市场▓。

例如,高镍三元811电池很快就会进入市场,这些高比能量的电池会比原先的这些相对低的比能量的电池所面临的安全技术的要求会更高▓▓。

高比能量电池热失控的呈现几个特征温度▓。 欧阳明高表示▓,一般来说▓▓▓,当电池温度升高到一定程度▓,电池就会自产热,这个温度为T1温度▓▓,产热发生到一定程度无法抑制▓,热失控触发,形成T2温度▓,最后温度上升到最高点就称之为T3温度▓。

热失控机理主要发生在T2到T3阶段▓▓▓▓。

一般认为是内短路造成热失控▓▓,但是研究中发现▓,高比能量则不完全由短路引起。

高比能电池在没有内短路情况下▓,同样会发生热失控▓▓。

原因主要为高比能量电池的耐高温新型隔膜到200度以上没有变化▓,电解液基本完全蒸发▓,但在230-250度时▓▓,正极材料相变放出的氧与负极反应产生放热高峰。

欧阳明高强调▓▓,各种不同镍含量的三元锂离子电池有差异▓。

811电池与常用的622或者532相比▓▓,放热峰明显的都比其它高▓,这表明811的热稳定性较差▓▓。

经过分析得到初步结论,高镍正极对全电池安全有较大的影响▓,硅炭负极对安全在初期影响不大,但是在循环衰减后影响比较大。 应对这种热稳定差也有一系列的改进途径,通过新的方法,利用单晶颗粒来替代多晶的正极材料,电池的热稳定性有非常好的改善▓▓,相应的安全性也有很好的改善▓。 第二▓,则通过对热失控蔓延过程的测试和仿真的传热分析,设计了一种隔热的方法,就是在主导传热的路径上加隔热材料▓,实验发现确实达到了隔断热失控蔓延的效果▓▓。 第三▓,热失控的诱因为内短路▓,对在用电池和事故电池的分析发现,电池制造时均匀的极片在使用一段时间之后会产生折叠区域的破裂▓,容易发生局部的析锂▓▓,从而导致热失控▓。

内短路分为以下几类▓,其中铝集流体和负极相连是最危险的内短路。

第二个方面就是充电▓,比如电池的不一致性导致的▓,因为不一致▓,充电过程中有的地方已经充满了▓▓,有的地方还没有充满▓,就会导致有一些充满的电池微过充▓,接着就会在负极材料上析锂,产生锂枝晶,就是所谓的析锂▓,导致安全性变差,导致短路。

第三则为老化▓▓。

电池老化后的不一致性会扩大,电池管理的精确性也就很差。

另外▓,低温环境下的老化会严重影响电池的热稳定性▓▓▓,发生热失控的自生热温度会降低▓▓,这就更容易导致热失控▓▓▓。 欧阳明高指出,通过研究发现,保障电池系统安全性的核心是研发先进的电池管理系统▓。 目前,在电池管理系统方面▓,国内的产品的功能不足▓、精度不够▓,尤其是安全功能是不全,因此需要加大电池管理系统的研发力度▓▓。

那么我们如何彻底解决电池安全性问题▓▓?欧阳明高表示▓▓▓▓,近期可以通过一些技术来保障安全性▓▓▓,但是长远看,要保障电池的绝对安全就需要前瞻性的科学研究▓▓▓。

锂离子动力电池高比能是全世界范围的发展方向和趋势▓,不能因为有安全问题就不发展高比能量电池▓▓,关键是把握高比能量与安全性之间的平衡点▓。

比如高镍三元锂离子动力电池的本征安全问题▓,其机理是正极会释放氧,我们可以通过界面的修饰来延缓正极释氧▓,提高稳定性▓;再一个就是开发下一代的固态电解质,从根本上解决电解液燃烧的问题。 欧阳明高表示,基于各国动力电池技术路线的比较,短期是液态电解液的锂离子电池▓,下一步将会向固态电池方向发展。

他建议我国也应该走类似的路径▓▓,即短期是液态电解质▓▓,发展高镍三元正极和硅炭负极▓,通过电池管理系统和热蔓延的抑制来防止安全事故发生,这类电池能够满足电动汽车500公里续驶里程的要求。

中长期,从液态电解质逐步过渡到全固态电池,估计在2030年全固态电池将会得到产业化应用▓▓。 欧阳明高在动力电池政策方面提出以下建议:第一,原有的产业化目标(2020年单体达到350瓦时/公斤▓▓,系统260瓦时/公斤▓,循环寿命2000次)是偏高的,从安全角度考虑▓▓,我认为不宜强行推行。 第二▓▓,补贴政策要符合技术发展的规律▓,对能量密度的提升不宜过快▓▓、不宜更改过频▓,这是我对财政部的建议。 第三▓,尽快推出电动汽车安全年检规范。 同时,为了更好处理和分析电动汽车事故▓,最好有电动汽车黑匣子▓,同时电池包要留有消防安全的接口▓,目前的电池包封的很死▓▓,导致消防灭火的时候困难重重▓,这些是对公安部的建议▓▓。 最后,电池安全是电池技术革命性突破的第一重点▓▓,也是纯电动汽车性能提升的第一关键▓,电池产业发展越后期电池安全就越变成一个瓶颈技术▓,比如十分钟充300公里以上的电的快充技术▓▓,会对电池安全带来挑战,电压从300V提高到600V甚至800V▓,这些都与安全相关,也是今后纯电动汽车竞争的主战场▓。

安全是电动汽车可持续发展的生命线,动力电池国家科技研发,要以安全为核心▓,全面提升现有锂离子动力电池系统安全技术▓▓,全力突破新型固态电池技术。