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三元鋰電池的自燃過(guò)程是如何發(fā)生的

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:8485次  |  2018年11月11日  

在9月份傳統(tǒng)汽車銷量同比下滑的大環(huán)境下,新能源汽車行業(yè)卻是另一番場(chǎng)景,根據(jù)乘聯(lián)會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),9月份國(guó)內(nèi)新能源乘用車銷量達(dá)到9.5萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)68.6%,環(huán)比增長(zhǎng)14.9%;1-9月累計(jì)總銷量60.0萬(wàn)輛,同比增長(zhǎng)98.5%。

在燃油與排放標(biāo)準(zhǔn)雙雙擠壓下,新能源汽車銷量迅速提升是大概率事件,但隨之而來(lái)的卻是安全隱患問(wèn)題。8月末,一輛威馬EX5試裝車在威馬汽車研究院發(fā)生起火自燃,雖然未造成重大事故,但顯然給蓬勃發(fā)展的新能源汽車潑了一盆冷水。雖然威馬解釋說(shuō)是由于試裝車未完全拆解導(dǎo)致的電氣元件短路引發(fā)火災(zāi),但仍未打消公眾對(duì)于威馬汽車的安全疑慮。

此外,在今年上半年,一輛野馬新能源汽車在充電的時(shí)候發(fā)生自燃,在煙霧報(bào)警器噴頭噴水抑制以及消防及時(shí)趕到,才沒(méi)有造成更嚴(yán)重的后果。據(jù)悉,進(jìn)入2018年以來(lái),國(guó)內(nèi)大大小小電動(dòng)車起火事故已經(jīng)超過(guò)50起,處于關(guān)注焦點(diǎn)的新能源汽車頻頻自燃是為哪般?

補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)需要為電池安全背鍋嗎?

從2018年新能源補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,補(bǔ)貼持續(xù)退坡下,對(duì)于新能源汽車的續(xù)航里程還提出了更高的要求,除此之外,新標(biāo)對(duì)于電池能量密度和車輛能耗水平也提出了新的要求。電池系統(tǒng)能量密度必須達(dá)到140Wh/kg才可享受1.1倍補(bǔ)貼,而三元鋰電池單體能量密度可以高達(dá)200Wh/kg左右。

磷酸鐵鋰電池由于其在能量密度的研發(fā)上已經(jīng)進(jìn)入瓶頸,這也導(dǎo)致了電池密度相對(duì)較低的磷酸鐵鋰電池將開(kāi)始逐漸退出了我們的視線,能力密度較高的三元鋰電池成為了市場(chǎng)新能源汽車動(dòng)力的最佳選擇。

而純電動(dòng)汽車頻頻自燃,也有人提出,應(yīng)該重回安全性較高的磷酸鐵鋰電池,放棄當(dāng)下安全性相對(duì)較低的三元鋰電池。自燃事件的頻發(fā)是否因?yàn)椴捎昧税踩韵鄬?duì)較低的三元鋰電池的緣故,我們先從技術(shù)方面解讀下,三元鋰電池的自燃過(guò)程是如何發(fā)生的。

作為純電動(dòng)汽車電池的核心,電芯的熱失控過(guò)程大致如下:當(dāng)電芯溫度上升到一定程度時(shí),負(fù)極表面的SEI膜因高溫分解導(dǎo)致鋰碳負(fù)極與電解液直接接觸并發(fā)生氧化反應(yīng),而隨著溫度持續(xù)升高,位于正極表面的鈍化膜分解正極發(fā)生析氧,并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量并形成高內(nèi)壓,并引發(fā)一些列的放熱反應(yīng)。

所以,歸根結(jié)底,電芯的安全問(wèn)題應(yīng)該是一個(gè)品控的問(wèn)題,隨著電池密度的持續(xù)走高,這對(duì)于電池的品控也提出了更高的要求,電池生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)如果達(dá)不到規(guī)范,在使用中極易發(fā)生電芯的熱失控,導(dǎo)致自燃事件的發(fā)生。

而在新車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)到來(lái)后,部分企業(yè)為了盡快拿到補(bǔ)貼開(kāi)始降低生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),一些小廠并不具備相關(guān)的電池安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和電池安全測(cè)試能力,這也導(dǎo)致了生產(chǎn)的電池質(zhì)量處于不可控狀態(tài)。

電池密度提升也要符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律

我們從工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》來(lái)看,對(duì)于電池密度提升已經(jīng)給出了發(fā)展路線要求,到2020年新能源汽動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg以上,力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg,系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到260Wh/kg,成本降至1元/Wh以下。到2025年,新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上,動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350Wh/kg。

而能量密度不斷提高,引發(fā)了三元鋰的技術(shù)路線之爭(zhēng),在NCA三元鋰電池以及NCM三元鋰電池選擇方向上,由于NCA技術(shù)壁壘較高,主要被日韓等國(guó)際電池企業(yè)所把持,因此,國(guó)內(nèi)目前主要集中在NCM技術(shù)路線上,即鎳鈷錳路線。

隨著鎳元素含量的升高,三元正極材料的比容量逐漸升高,電芯的能量密度也會(huì)隨之提高。此外,隨著鈷元素國(guó)際價(jià)格持續(xù)上漲以及續(xù)航里程的硬性需求等原因,電池密度達(dá)230Wh/kg和280Wh/kg的NCM622和NCM811電池成為了發(fā)展的必然趨勢(shì)(后面的數(shù)字代表的就是三者的比例)。

因此,國(guó)內(nèi)多個(gè)動(dòng)力電池企業(yè)開(kāi)始布局高鎳NCM811型電池,基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破,甚至少數(shù)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),但高鎳材料荷電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性較差,在遇到高溫、外力沖擊等情況時(shí),高鎳電池會(huì)存在安全隱患。此外,充放電過(guò)程存在嚴(yán)重的產(chǎn)氣也會(huì)導(dǎo)致電池鼓脹變形,也存在安全隱患。

在安全方面,部分車企也針對(duì)性的做出了電池管理系統(tǒng),使用各種傳感器時(shí)刻監(jiān)控以及調(diào)整電芯溫度,彌補(bǔ)了電池在安全性能方面的不足,但大規(guī)模的量產(chǎn)依然任重道遠(yuǎn)。

因此,雖然NCM811型電池雖然電池密度得到了有效的提高,但作為汽車產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件,其技術(shù)短板仍然是商業(yè)化應(yīng)用的一道門(mén)檻,面對(duì)電池密度迅速提高導(dǎo)致的安全問(wèn)題,不少業(yè)內(nèi)人士也指出,產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)不宜定位過(guò)高,補(bǔ)貼政策也要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律。

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