锂电池热”的“冷”思考

2018-10-22 08:41:18 太阳能发电网
8月20日辽阳一辆电动汽车着火,8月23日聊城发生电动火车着火事件,8月25日成都威马汽车起火,8月26日安徽铜陵一辆安凯电动客车着火……2018年5月到8月,公开报道的电动汽车事故多达16起,其中事故原因判断为“充电自燃”就有9起,其他事故原因包括电池故障、电器元件短路、停放中自燃等等。新能源汽车进入发展高速期,技
能量密度与安全性是一对矛盾


2018年2月,财政部、工信部等四部委联合发布《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,取消了对续驶里程150公里以下纯电动车的补贴,对续驶里程超过300公里的纯电动车补贴则增至3.4万元,超过400公里的车型补贴增至5万元。


美国加州大学戴维斯分校中国交通能源中心主任王云石分析,这意味着纯电动车在达到与汽油车类似的续驶里程后,续驶里程越长越好。新政策可能希望通过对动力电池系统能量密度的要求,来推进动力电池的发展。


锂电池的能量密度(Wh/kg)是指单位重量的电池能储存的能量多少,主要由电池的材料特性决定。按普通铅酸电池的能量密度约为40Wh/kg计算,如果使用铅酸电池驱动家用汽车行驶200公里以上,则需要将近1吨的电池。因此把电池重量控制在一定范围的前提下,电池的能量密度越大,汽车的续航里程就越长。


能量密度数值理应是越高越好,但电池是能量高度集中的小型装置,当更小体积里聚集更多能量时,如果使用不当,比如温度升高或突然遇到剧烈碰撞,其产生的后果甚至可以和炸弹相提并论。


根据新能源研究院真锂研究发布的最新数据,2018年6月份之后,120Wh/kg的电池包的装机量占比达到了约95%,而一年前的6月该比重仅为7.3%。也就是说国内电池系统能量密度的进步数以“惊人的速度”远远超过了海外。


2017-2018.8 中国电动汽车乘用车产量中不同能量密度电池包的装机占比  来源:真锂研究
尽管在高能量密度电池包的装机数量有了极大提升,但如何平衡能量密度与安全性的问题尚未得到解决。


“在今天,能量密度毫无疑问和电池安全性成反比,我们还没有解决好这个问题。” 其鲁表示。


目前中国国内量产的锂电池,理论电芯能量密度在300到400Wh。在这个上限尚无突破办法的情况下,可以通过减磨隔膜的方式,扩大材料空间,从而提高能量密度。隔膜的作用是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,并让电解质离子通过。


“这是最简单,也是最危险的办法。”王子冬表示。


王子冬介绍,此前他的研究团队了解过三星Note7的着火事件,检查发现三星Note7的电池使用的隔膜约在45微米到46微米左右厚,在使用同质材料的情况下,有些动力电池制造厂商甚至在考虑用10微米、8微米厚的隔膜,在他看来这样的想法“很胆大”。


由于电池制造过程当中避免不了掉颗粒的现象,实际隔膜都会带些细微的“工伤”,在材料没有突破的前提下,超薄的隔膜、可燃的电解液、加上暗流涌动的枝晶,若在这一环节铤而走险便会埋下爆炸隐患。


“在没有掌握住锂电池的着火规律前,把控能量密度、安全性和寿命的平衡关系,是我们不能忽视的问题。”王子冬说。


实际上,能量密度与安全性这一“鱼与熊掌”的问题,不仅困扰着中国的锂电池技术发展,同样也困扰着业内领先的韩国和日本。来自德意志证券韩国公司的分析师Seunghoon Han表示,目前没有哪家公司敢说其技术路线是完全确定的,但每个公司都认为他们的电池是最安全的。鉴于其他很多行业都通过标准化和规范化,引导解决了很多安全问题,如今锂电池行业发展面临的这些安全问题,或许也可以需要标准化来解决。而这些发展瓶颈期的问题,并不影响快充技术和提高能量密度依然是未来的技术发展方向。


“只有将安全指标标准化、规范化之后,技术发展才会更容易确定哪些是更安全的,哪些是不安全的。”Han表示。


另一方面,高能量密度意味着需要高密度的材料,高密度的材料将会决定储存电能的大小。当一种材料能做到的厚度达到安全极限却还低于人们期望的时候,很多人将目光转向寻求新的材料。王子冬认为,如果没有材料上突破,突破高能量密度这一问题,将会在瓶颈期会停滞很长的时间,10年或50年都有可能。


而对于最近很火的石墨烯、纳米材料等,其鲁却并不看好。他表示,包括此前使用的硫酸亚铁锂在内,这些材料实际上都是低密度材料,而三元材料多元材料等密度则高很多,未来甚至还能将密度做得更高。


“从材料角度看,石墨烯导电性能好,但由材料推导到电池再推导到电动车上,概念能一样吗?”其鲁说,“纳米材料在这个领域当中不会有什么具体应用。”


不管是快充还是高能量密度,其鲁认为一定要戒骄戒躁、保持警惕,尤其对类似固态锂电池这类能保证能量密度、使用又安全的技术,在没有很好电导率的电解质材料出现之前,对这类电池的产业化不应抱有太多期望。


“我们还是要全力以赴发展出我们可行的技术,我认为最重要的是我们‘明天的技术’。”其鲁表示。



作者:徐路易 来源:澎湃新闻 责任编辑:jianping

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