你知道鋰電池性能退化的真正原因嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-18 14:04
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鋰離子電池如今已經(jīng)被移動(dòng)設(shè)備所廣泛使用，但這種電池的壽命并不長(zhǎng)，500次充電循環(huán)就會(huì)損失約1/5的容量。為了研究鋰電池性能退化的原因，美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家使用強(qiáng)力顯微鏡成功觀察到了鋰電池充放電的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
研究者發(fā)現(xiàn)，電池在使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力，并引起電極出現(xiàn)破裂。除此之外，每一個(gè)充放電循環(huán)還會(huì)在電極之外留下鋰的痕跡，這些“死亡”的鋰無法再在未來的充電當(dāng)中發(fā)揮作用，并會(huì)引起電池容量的下降。研究者還觀察到了固體電解質(zhì)相間層在電極表面的形成，這會(huì)“阻塞”電池并影響其充電能力。
想要解決鋰電池身上的這些問題，使用其它替代元素是方法之一。在未來，鎂、鋁或銅等金屬元素或許可以成為更廉價(jià)和穩(wěn)定的替代，但是，這些電池的性能目前還達(dá)不到鋰電池的水平。
光伏配件龍頭” 江蘇愛康科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“愛康科技”， 002610.SZ）進(jìn)軍鋰電池及新能源汽車的愿望暫時(shí)落空。2月19日，愛康科技在回復(fù)深圳證券交易所的問詢中，披露了本月初宣布終止收購(gòu)深圳市鑫成泰科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“鑫成泰”）的具體原因，稱“鑒于交易雙方在談判過程中對(duì)于協(xié)議部分條款無法達(dá)成一致，公司決定終止籌劃本次發(fā)行股份購(gòu)買資產(chǎn)事項(xiàng)。”
事實(shí)上，為將鑫成泰收入囊中，愛康科技此前進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)近8個(gè)月的籌備。2018年6月5日起，愛康科技停牌三個(gè)月。同年9月，愛康科技公告稱計(jì)劃通過股份的方式購(gòu)買鑫成泰100%股權(quán)，預(yù)估值為3.97億元。而愛康科技擬發(fā)行股份購(gòu)買的資產(chǎn)，不僅包括鑫成泰，還涉及新型復(fù)合材料提供商——研創(chuàng)應(yīng)用材料(贛州)股份有限公司。
對(duì)于緣何選擇上述兩家目標(biāo)企業(yè)，愛康科技表示，“交易有利于上市公司構(gòu)建多元化經(jīng)營(yíng)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低光伏行業(yè)周期性波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，改善收入結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力，開拓新的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)點(diǎn)。”
而“跨界”收購(gòu)專業(yè)從事鋰電池自動(dòng)化生產(chǎn)的鑫成泰，也意味著這家擁有13年歷史的光伏龍頭企業(yè)正在進(jìn)行新一輪戰(zhàn)略調(diào)整。官方資料顯示，江蘇愛康實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司成立于2006年，總部位于張家港市，員工6000余人，子公司達(dá)240家。旗下愛康科技2011年在深交所上市，系A(chǔ)股首家光伏配件企業(yè)，主要從事光伏太陽能配件的研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與銷售，產(chǎn)品包括太陽能邊框、EVA膠膜以及安裝支架，同時(shí)運(yùn)營(yíng)民營(yíng)電站。2017年，愛康科技太陽能電池邊框、太陽能電池板、光伏發(fā)電三大主營(yíng)業(yè)務(wù)收入分別為15.35億元、13.07億元、9.02億元，同比增長(zhǎng)了19.08%、26.28%、52.62%。
重資產(chǎn)、資金密集的光伏電站運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)考驗(yàn)著愛康科技的流動(dòng)性，加之此前光伏補(bǔ)貼遲遲不能到位，給愛康科技的現(xiàn)金流帶來不小壓力。2018年9月1日，愛康科技與浙能集團(tuán)簽署了《股權(quán)合作協(xié)議》，計(jì)劃將光伏發(fā)電資產(chǎn)包轉(zhuǎn)讓給后者，涉及愛康科技下屬14家公司，28個(gè)光伏電站項(xiàng)目。初步預(yù)計(jì)，此次交易將為愛康科技帶來包括交易對(duì)價(jià)、往來款以及剝離的補(bǔ)貼收入等合計(jì)約人民幣24億元現(xiàn)金流，減少有息負(fù)債23.09億元。另據(jù)1月10日愛康科技發(fā)布的最新公告數(shù)據(jù)，目前該交易涉及的503MW 光伏電站股權(quán)已受讓，10.34億元款項(xiàng)已到賬。“出售部分并網(wǎng)電站，并對(duì)部分有瑕疵的地面光伏電站項(xiàng)目停止建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)的輕資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)”，成為眼下愛康科技正在進(jìn)行的戰(zhàn)略調(diào)整。
如果說出售電站資產(chǎn)能為愛康科技的現(xiàn)金流快速“造血”，并彌補(bǔ)光伏配件端業(yè)績(jī)的不足，那么涉足鋰電池及新能源汽車這一全新產(chǎn)業(yè)鏈，則被其寄望為“新的業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)點(diǎn)”。
資料顯示，鑫成泰成立于2014年，是一家專業(yè)從事鋰電池自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售與服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)，主要產(chǎn)品包括新能源動(dòng)力電池自動(dòng)化裝配線，測(cè)試、分選自動(dòng)化生產(chǎn)線，Pack自動(dòng)化生產(chǎn)線，總包服務(wù)“交鑰匙”工程等。而鑫成泰的客戶中也不乏天津力神、江蘇力信、中航鋰電、南都電源等多家知名鋰電池企業(yè)。借“鑫成泰”之力迅速邁入新能源汽車市場(chǎng)，愛康科技的意圖不言而喻。
同時(shí)也應(yīng)看到，愛康科技早已對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)垂涎已久。早在2016年，愛康科技便與江西省6 個(gè)區(qū)縣及地區(qū)簽署框架協(xié)議，合計(jì)投資2000 輛以上新能源公交車及出租車和55000 個(gè)以上充電樁，并通過收購(gòu)蓓翔城投51%股權(quán)進(jìn)入青海新能源車運(yùn)維市場(chǎng)。
對(duì)于上述收購(gòu)終止會(huì)否影響到未來經(jīng)營(yíng)，愛康科技表示，“終止本次發(fā)行股份購(gòu)買資產(chǎn)對(duì)愛康科技業(yè)績(jī)無直接影響，不會(huì)對(duì)公司未來的發(fā)展戰(zhàn)略、經(jīng)營(yíng)規(guī)劃以及正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)造成不利影響。”
自今年夏季以來，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車起火事故頻發(fā)，僅8、9月兩月發(fā)生的電動(dòng)汽車起火事故數(shù)量就已超過2017年全年電動(dòng)汽車起火事故總和，在國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車迅速增長(zhǎng)的大環(huán)境下，電動(dòng)汽車安全事故發(fā)生的背后暴露的是當(dāng)前電池企業(yè)和主機(jī)廠都在追求更高的能量密度以獲得更多的補(bǔ)貼，卻忽視了動(dòng)力電池最根本的安全屬性的問題，而近期頻繁的事故出現(xiàn)，理應(yīng)為國(guó)內(nèi)追求高速發(fā)展的電動(dòng)汽車行業(yè)敲響警鐘。
1－8月國(guó)內(nèi)事故的相關(guān)統(tǒng)計(jì)
據(jù)公開資料顯示，2018年上半年（1－6月）新能源電池車國(guó)內(nèi)共發(fā)生8次起火事故，與2017年基本持平，其中5月之后的事故占7起，說明新能源汽車起火主要集中在夏季。從成型及品牌來看，特斯拉、江鈴等國(guó)內(nèi)外純電動(dòng)汽車均榜上有名。然而，據(jù)最新資料顯示，進(jìn)入8月和9月以來，公開起火事件已經(jīng)多達(dá)12起，這一數(shù)字遠(yuǎn)高于2016、2017年一整年的公開起火數(shù)量。由于電動(dòng)汽車起火的原因主要是電池過熱，熱量無法及時(shí)散出而造成的電池高溫起火，因而在高溫、暴雨等天氣頻繁地的夏季多發(fā)也在情理之中。
以上半年的事故數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從起火原因來看，因充電導(dǎo)致的起火事故共5起，占比50％之多，成為起火事故的第一誘因；其次是碰撞起火和行駛中自燃各兩起，各占20％。從車輛狀態(tài)來看，靜置和充電為一類，電池在靜置和使用中都有可能發(fā)生起火事故。
作為純電動(dòng)汽車的能量來源，鋰離子電池起火的主要原因主要是電池過熱而造成的熱失控，這種過熱在電池充放電過程中最容易發(fā)生。由于鋰離子電池自身具有一定的內(nèi)阻，在輸出電能為純電動(dòng)提供動(dòng)力的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當(dāng)自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時(shí)將會(huì)損害整個(gè)電池的壽命和安全。純電動(dòng)汽車中，動(dòng)力電池系統(tǒng)是由多個(gè)動(dòng)力電池單體電芯構(gòu)成，在工作過程中產(chǎn)生大量的熱聚集在狹小的電池箱體內(nèi)，如果熱量不能夠及時(shí)地快速散出，高溫會(huì)影響動(dòng)力電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控，從而引發(fā)起火爆炸等事故。從原理上說熱失控的原因主要有以下四個(gè)方面：
主要發(fā)生在汽車碰撞時(shí)，由于外力的作用，鋰電池單體、電池組發(fā)生變形，自身不同部位發(fā)生相對(duì)位移，導(dǎo)致電池隔膜被撕裂并發(fā)生內(nèi)部短路； 易燃電解質(zhì)泄漏最終引發(fā)起火。在機(jī)械濫用中，穿刺傷害最為嚴(yán)重，它可能會(huì)導(dǎo)體插入電池本體，造成正負(fù)極直接短路。相比之下，碰撞、擠壓等，只是概率性的發(fā)生內(nèi)短路，穿刺過程熱量的生成更加劇烈，引發(fā)熱失控的概率更高。
電濫用主要是對(duì)電池的使用不當(dāng)造成的，有外部短路、過度充電和過度放電幾種類型。其中，過渡放電導(dǎo)致的危害最小，但是由于過放造成的銅枝晶的增長(zhǎng)會(huì)降低電池的安全性從而增加熱失控的幾率。外部短路是在兩個(gè)存在壓差的導(dǎo)體在電芯外部接通導(dǎo)致的結(jié)果，當(dāng)外部短路發(fā)生時(shí)，電池產(chǎn)生的熱量無法很好的散去時(shí)，電池溫度也會(huì)隨之上升，高溫觸發(fā)熱失控。
過度充電是電濫用中危害最高的一種。由于過量的鋰嵌入，鋰枝晶在陽極表面生長(zhǎng)。其次，鋰的過度脫嵌導(dǎo)致陰極結(jié)構(gòu)因發(fā)熱和氧釋放而崩潰（NCA陰極的氧釋放）。氧氣的釋放加速了電解質(zhì)的分解，產(chǎn)生大量氣體。由于內(nèi)部壓力的增加，排氣閥打開，電池開始排氣。電芯中的活性物質(zhì)與空氣接觸以后，發(fā)生劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，從而引發(fā)電池包的燃燒起火。
熱濫用主要指在電池中的局部過熱，很少獨(dú)立存在，往往是通過機(jī)械濫用和電氣濫用發(fā)展而來，并且是最終直接觸發(fā)熱失控等事故的一種情況。熱濫用一般多為外部環(huán)境高或者在溫度控制系統(tǒng)不起作用下導(dǎo)致的電池?zé)崃窟^高從而造成的短路，從而引發(fā)熱失控。從原因上說，熱濫用的原因是最為復(fù)雜的，電池包的碰撞、損壞，電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、性能或是其他熱管理系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)的失靈都可能導(dǎo)致熱濫用的發(fā)生。
內(nèi)部短路是由電池的正負(fù)極直接接觸，當(dāng)然接觸的程度不同，引發(fā)的后續(xù)反應(yīng)也差別很大，通常由機(jī)械和熱量濫用引起的大規(guī)模內(nèi)部短路將直接導(dǎo)致熱濫用。引發(fā)內(nèi)部短路原因同樣復(fù)雜，比如鋰離子電池過度充電，枝晶積累到一定程度導(dǎo)致刺穿電池隔膜，從而發(fā)生內(nèi)部短路 或是碰撞、穿刺傷害之后直接導(dǎo)致正負(fù)極接觸而導(dǎo)致熱失控。與外部因素產(chǎn)生的內(nèi)部短路相比，源于電池制造過程中自發(fā)的缺陷而引起的內(nèi)部短路，程度比較輕微，先天內(nèi)部短路產(chǎn)生的熱量很少，并不會(huì)立即觸發(fā)熱失控。而且這種內(nèi)在缺陷會(huì)經(jīng)過一段時(shí)間才會(huì)演化為程度較輕的內(nèi)短路。
