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如何解決電池能量密度和安全的矛盾?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1173次  |  2019年12月20日  

8月20日遼陽一輛電動(dòng)汽車著火,8月23日聊城發(fā)生電動(dòng)火車著火事件,8月25日成都威馬汽車起火,8月26日安徽銅陵一輛安凱電動(dòng)客車著火……2018年5月到8月,公開報(bào)道的電動(dòng)汽車事故多達(dá)16起,其中事故原因判斷為充電自燃就有9起,其他事故原因包括電池故障、電器元件短路、停放中自燃等等。新能源汽車進(jìn)入發(fā)展高速期,技術(shù)突破和安全性上的挑戰(zhàn)隨之而來。

遵循科學(xué)規(guī)律,不要盲目、先把安全可靠的技術(shù)發(fā)展起來,在10月17日至18日北京舉行的中國宜春·2018全球鋰電產(chǎn)業(yè)鏈高峰論壇上,來自學(xué)界業(yè)界的人士,紛紛就鋰電池發(fā)展安全性的問題,如是呼吁。


鋰離子電池(Li-ionBattery)由鋰電池(LithiumBattery)發(fā)展而來。鋰電池在人們的生活中由來已久,比如紐扣電池就屬于鋰電池。鋰電池的正極材料是二氧化錳或亞硫酰氯,負(fù)極是金屬鋰。電池組裝完成后電池即有電壓,不再充電。鋰電池一般禁止充電,因?yàn)槠涑潆姺烹娺^程中容易形成鋰枝晶,造成電池內(nèi)部短路。


快速充電技術(shù)目前還沒有出路


這些著火的事件,至少有60%是在充電或充電剛剛結(jié)束的時(shí)候出的事,說明充電出了大問題。國家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測(cè)試中心主任王子冬表示。


鋰電池在充電過程中,鋰離子在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌,正極負(fù)極不發(fā)生氧化反應(yīng)。但是王子冬提出,現(xiàn)在充電的方法和使用過程充電都是用的氧化還原反應(yīng),不是鋰電池遵循自身規(guī)律應(yīng)該有的充電方法。此前王子冬團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,使用現(xiàn)在的充電方法,大概能使電池壽命降低30%。因此在這樣的情況下,王子冬認(rèn)為不應(yīng)當(dāng)考慮用大電流充電。


這些技術(shù)瓶頸實(shí)際上并不是新問題,其魯是中國鋰電池研究領(lǐng)域的先鋒人物之一,曾擔(dān)任2008年奧運(yùn)會(huì)清潔能源電動(dòng)車用動(dòng)力電池項(xiàng)目的首席科學(xué)家,早在北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)期,他們就針對(duì)各類問題做過各種實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)三元材料電池已經(jīng)可以在5分鐘內(nèi)完成充電。在實(shí)驗(yàn)里,三元鋰電池在快速充電的過程中,熱量不能迅速釋放,使得爆炸的可能性大大增加。考慮到安全問題,其魯表示這種技術(shù)不能用到純電動(dòng)車上,只能用在電池混合動(dòng)力車。


此外,動(dòng)力電池的快充還面臨著一個(gè)非?,F(xiàn)實(shí)的問題城市的電力基本設(shè)施無法滿足個(gè)需求。假設(shè)一輛公交車用的是150kWh的電池,需要5分鐘來充電,一輛公交車就需要100kW供電能力,如果同時(shí)有幾百輛上千輛公交車一起充電,會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊。


能量密度與安全性是一對(duì)矛盾


2018年2月,財(cái)政部、工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》,取消了對(duì)續(xù)駛里程150公里以下純電動(dòng)車的補(bǔ)貼,對(duì)續(xù)駛里程超過300公里的純電動(dòng)車補(bǔ)貼則增至3.4萬元,超過400公里的車型補(bǔ)貼增至5萬元。


美國加州大學(xué)戴維斯分校中國交通能源中心主任王云石分析,這意味著純電動(dòng)車在達(dá)到與汽油車類似的續(xù)駛里程后,續(xù)駛里程越長越好。新政策可能希望通過對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度的要求,來推進(jìn)動(dòng)力電池的發(fā)展。


鋰電池的能量密度(Wh/kg)是指單位重量的電池能儲(chǔ)存的能量多少,主要由電池的材料特性決定。按普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg計(jì)算,如果使用鉛酸電池驅(qū)動(dòng)家用汽車行駛200公里以上,則需要將近1噸的電池。因此把電池重量控制在一定范圍的前提下,電池的能量密度越大,汽車的續(xù)航里程就越長。


目前中國國內(nèi)量產(chǎn)的鋰電池,理論電芯能量密度在300到400Wh。在這個(gè)上限尚無突破辦法的情況下,可以通過減磨隔膜的方式,擴(kuò)大材料空間,從而提高能量密度。隔膜的作用是使電池的正、負(fù)極分隔開來,防止兩極接觸而短路,并讓電解質(zhì)離子通過。


這是最簡(jiǎn)單,也是最危險(xiǎn)的辦法。王子冬表示。


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