鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:708次 | 2021年09月26日
鋰離子電池“絕對安全”呼求化工方法
今年以來,手機(jī)電池漏電爆炸惡性事故頻頻發(fā)生,其中僅七月八日至二十五日,各地就先后發(fā)生6起這類事故。此前,國內(nèi)外還報(bào)道過多起電動汽車的電池燃爆事故。業(yè)內(nèi)專家指出,盡管從整體上看,電池的事故率為千萬分之一,但涉及到人的生命,鋰離子電池容不得一起事故。日前在第二屆我國鋰離子電池電解液研討會上,與會專家和公司家呼吁:為確保鋰離子電池生產(chǎn)與使用的絕對安全,國內(nèi)應(yīng)建立緊密協(xié)作聯(lián)合開發(fā)的機(jī)制,加大研發(fā)投入,通過創(chuàng)新的化工解決方法,從技術(shù)上、工程上和材料上努力取得突破。
鋰離子電池的安全問題是一道專家級難題,各國都在研究解決之中。從鋰離子電池的結(jié)構(gòu)看,它有正極、負(fù)極、隔膜和電解液,其外殼全部采用化工材料。廣州天賜高新材料公司技術(shù)總監(jiān)李永坤告訴記者,鋰離子電池的安全性與這5個部分有直接的關(guān)系,但鋰離子電池爆燃的誘因重要是電池?zé)崾Э?,電池的短路放熱占到較大的比例。從電解液角度分析,電池在充分放電過程中會出現(xiàn)熱量,而電解液由鋰鹽、添加劑和溶劑組成,尤其是溶劑,如碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯等,在受熱的環(huán)境中自身會再放熱,造成整個體系失控。業(yè)界普遍認(rèn)為150℃是鋰離子電池?zé)崾Э氐年P(guān)鍵溫度。
那么,動力鋰離子電池發(fā)熱為何導(dǎo)致電池爆炸?清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院鋰離子電池實(shí)驗(yàn)室主任何向明介紹,試驗(yàn)證明電池爆炸是電池內(nèi)短路引發(fā)的,從一個點(diǎn)擴(kuò)大到全部,形成鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng),放出了巨大能量才釀成事故。比如,電池隔膜一般采用聚乙烯、聚丙烯材料,在受熱環(huán)境下會出現(xiàn)收縮,引起正、負(fù)極之間的部分短路而放熱;在大功率動力鋰離子電池中,一旦隔膜出現(xiàn)崩潰短路,電壓降低,溫度會迅速升高到600℃,造成正極鋁化合物的劇烈燃燒而爆炸。何向明說,國外動力鋰離子電池現(xiàn)已開始采用在180℃時不會收縮的聚酰亞胺,作為隔膜材料。
電池安全性的核心是熱。切斷電池自身的產(chǎn)熱鏈,是保證電池安全的重要措施。如何防止電池的熱失控,一些專家在研討會上提出,可從電池的產(chǎn)熱、傳熱兩大方向予以解決。重要的舉措有:采用放熱量低的化學(xué)材料;控制放熱反應(yīng)速率,降低產(chǎn)熱速度;提高放熱反應(yīng)發(fā)生的溫度;改善電池外殼散熱,緩解電池升溫。
廣州天賜公司于去年成功開發(fā)了阻燃電解液,通過添加氟代磷酸酯、磷腈、氟代硼酸酯和腈基硼烷等阻燃材料,使電池?zé)崾Э販囟却蟠筇岣?;同時研發(fā)了超低溫電解液的羧酸酯類(MA、EA)、氟代溶劑類(FEA)等,以該材料為電解液的動力鋰離子電池可用于航天、飛行器等領(lǐng)域。江蘇華東鋰電技術(shù)研究院近期開發(fā)了凝膠電解質(zhì)等,極大提高了電解液的耐氧化穩(wěn)定性,不僅放熱起始溫度高、放熱量小、可緩解電池溫升,同時能防止普通隔膜被氧化,阻止電池內(nèi)短路。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
聚合物電解質(zhì)的糾結(jié)是安全性與電性能兩者如何做到平衡。近幾年,清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院和江蘇華東鋰電技術(shù)研究院,開展了聚合物電解質(zhì)實(shí)用化的研發(fā)合作,走出了一條從固態(tài)電解質(zhì)到凝膠電解質(zhì)最后到復(fù)合電解質(zhì)的成功之路,已形成可產(chǎn)業(yè)化的系列成果。其中的復(fù)合電解質(zhì),既能滿足電池的電性能,同時可大幅度提高電池安全性。
清華大學(xué)何向明教授表示:我國鋰離子電池的安全性與多年前相比,已有很大的提高,但安全性是一門復(fù)雜的綜合性技術(shù),要完全攻克還要有一個過程。現(xiàn)在國內(nèi)許多公司和科研院所看好鋰離子電池產(chǎn)業(yè),都投入了大量人力、財(cái)力和物力,但各自為政、非常分散,并受到了成本和產(chǎn)業(yè)化的制約,建議政府有關(guān)方面搭建高層次的產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新的平臺,組織協(xié)同攻關(guān),發(fā)揮疊加優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)突破,共同推動我國鋰離子電池的技術(shù)安全性跨上新臺階。