鉅大LARGE | 點擊量：197次 | 2023年10月09日
不怕熱失控!磷酸鐵鋰和三元合體？
隨著電動汽車保有量新增，以及動力鋰電池能量密度的提高，安全性事故頻發(fā)，已經(jīng)嚴重影響了電動汽車的發(fā)展，甚至有人開始對國家制定的動力鋰電池技術發(fā)展路線提出了質疑。
"電動汽車安全問題，核心的問題永遠是電池的問題。"日前，我國工程院院士孫逢春在我國電動汽車百人會論壇（2019）上接受媒體采訪時表示。
在2019年年初，TSLA上海超級廠正式開工，隨后就有媒體報道TSLA"未能就電池存在的危險狀況告知車主"因而發(fā)生安全事故，這再次引發(fā)人們對電池安全問題的關注。
武漢大學教授艾新平指出，近年來，隨著電動汽車保有量新增，以及動力鋰電池能量密度的提高，安全性事故頻發(fā)，已經(jīng)嚴重影響了電動汽車的發(fā)展，甚至有人開始對國家制定的動力鋰電池技術發(fā)展路線提出了質疑。
能量密度越高熱失控風險越大
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
"全球每年電動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為電池本身的問題，或者是應用中的問題。"圣地亞哥州立大學教授米春亭表示，因為電池本身電化學的原因，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，還有化學反應過程中出現(xiàn)的各種氣體，都是可燃的。
電池安全問題的出現(xiàn)，實際上還和電池的應用密切相關，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年九月份，全國所有的電動汽車安全事故中，乘用車大概有80多例。據(jù)我國汽車技術研究中心有限公司動力鋰電池首席專家王芳統(tǒng)計，這其中有16%是跟充電相關的，在充電的末期甚至是過充電的時候，比較容易發(fā)生安全問題。她表示，碰撞也就是機械外力因素，占比約18%；進水因素大概占3%；電池的內短路引發(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，一般認為熱失控的原因，是負極的熱失控，但是對三元電池來說，有可能是正極先發(fā)生熱失控，然后負極再發(fā)生熱失控。要解決這個問題，對三元電池來說難度將更大。
艾新平舉例說，隨著鎳含量的新增，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，當鎳含量達到80％時，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。上海交通大學特聘教授馬紫峰談到，電池的能量密度越高，實際上出現(xiàn)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
電池安全問題是因為它的反應界面非?；钴S，高反應性又影響了安全性，電池材料在反應活性跟穩(wěn)定性方面存在一個固有的矛盾。美國賓夕法尼亞州立大學教授王朝陽表示，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，還是要新的思路，要新的創(chuàng)新。
王朝陽談到了一個"突破我們傳統(tǒng)的電池科學跟技術的框框，能夠真正顛覆傳統(tǒng)的想法"，即采用比較鈍化的材料去構造電芯，在電芯當中插入一片極薄的可以迅速加熱的葉片。那么它在平時的時候是高安全、高穩(wěn)定的結構，在使用的時候，用熱刺激來迅速調制電化學的動力特性，讓其能夠輸出高功率。這樣，就可以實現(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到很穩(wěn)定的電池。"王朝陽表示。
提高電池的安全性，艾新平認為應該從三個層面開展工作。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)化電池熱設計以外，更重要的是采用一些熱保護技術，比如PTC電極，熱關閉隔膜等；在系統(tǒng)層面，要重點開展隔熱設計，防止熱擴展?？傮w來說，材料是基礎，單體是關鍵，系統(tǒng)是安全的最后保障。
馬紫峰認為，電池的安全性和長循環(huán)壽命是整個電池設計當中非常重要的一個問題。要新增電池的安全性，有關高能量密度的電池，就要在系統(tǒng)設計當中加入特定的保護裝置，比如說冷卻系統(tǒng)，還有防爆系統(tǒng)等。
防患于未然，對電池健康狀態(tài)的檢測是非常重要的，這就要電池管理系統(tǒng)。米春亭表示，"假如診斷到電池單體出現(xiàn)了短路，就會告訴駕駛員，對不起，可能幾秒鐘之內就會著火，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)有的體系基礎上，去改進安全性，同時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)電池假如能夠真的實現(xiàn)，安全問題基本上就能夠解決。
