鋰電池的能量密度和安全性該如何兼顧？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-20 16:02
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1、鋰電池電解液是易燃溶劑，其中的鋰還有正極材料中的鎳、鈷是活潑金屬，暴露在空氣中易燃燒。
2、圓柱形鋰電池正極和負(fù)極間只隔一層微米級(jí)別厚度的隔離薄膜，遭受沖撞時(shí)容易破裂引發(fā)短路。
3、鋰電池的能量密度和安全性存在天然矛盾，因?yàn)槟芰棵芏忍嵘馕吨捎酶呋钚缘恼?fù)極材料，或降低隔離膜的厚度，這兩項(xiàng)做法都將大幅增加電池的危險(xiǎn)性。
4、全固態(tài)鋰電池是未來(lái)的發(fā)展方向，但還需要較長(zhǎng)時(shí)間的科研攻關(guān)。
近日，特斯拉、蔚來(lái)、比亞迪等品牌電動(dòng)汽車在中國(guó)各地接連發(fā)生起火事件。
盡管特斯拉和蔚來(lái)汽車方面紛紛發(fā)布公告稱“車輛起火原因尚未確認(rèn)，會(huì)在后續(xù)及時(shí)對(duì)外公布調(diào)查結(jié)果”，但這很顯然無(wú)法完全平息雙方在品牌層面遭受的負(fù)面影響，由此引發(fā)的焦慮開始在業(yè)內(nèi)和消費(fèi)者中蔓延。
此次上海發(fā)生自燃的特斯拉型號(hào)為Model S P85，目前已經(jīng)停產(chǎn)。這已經(jīng)不是特斯拉汽車第一次發(fā)生自燃了，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，在全球范圍內(nèi)，特斯拉的電動(dòng)汽車在行駛、碰撞和充電導(dǎo)致的燃燒、自燃及爆炸事故，已經(jīng)發(fā)生超過(guò)50起，甚至被稱為“燒車的冠軍”。
頻頻發(fā)生的電動(dòng)汽車起火事故，將電動(dòng)汽車和動(dòng)力電池的安全問(wèn)題再一次推向了輿論的風(fēng)口浪尖，為快速發(fā)展中的新能源汽車市場(chǎng)蒙上了一層陰影。為何電力汽車的電池屢屢“過(guò)火”？我們又該如何應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車電池的安全問(wèn)題？
電池碰撞、靜放電池短路等是主因
電動(dòng)汽車起火事故中，大部分是因電池而起，包括交通事故碰撞、短路自燃等等原因。電動(dòng)汽車的興起源于鋰電池技術(shù)的快速發(fā)展，在廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車之前，手機(jī)和筆記本電池燃燒爆炸的事故早已屢見不鮮，電池的潛在安全隱患似乎已經(jīng)成為電力汽車前進(jìn)發(fā)展的絆腳石。
電動(dòng)汽車除了動(dòng)力系統(tǒng)不同外，底盤、車身、內(nèi)外飾等都與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車型并無(wú)區(qū)別。電池是電動(dòng)汽車的主要儲(chǔ)能部件，直接影響到電動(dòng)車的性能。在電動(dòng)汽車上，一個(gè)個(gè)單個(gè)的電池芯組成電池，一定數(shù)量電池被組合到一起形成電池模組模塊。
由于車輛上裝載電池的空間有限，運(yùn)行所需的電池模組數(shù)目也較大，電池會(huì)以不同倍率放電，并以不同速率產(chǎn)生大量熱量，再加上時(shí)間累積及空間影響，從而導(dǎo)致電池組運(yùn)行環(huán)境溫度情況復(fù)雜多變。
對(duì)于具體電池起火的情況，清華大學(xué)汽車工程開發(fā)研究院常務(wù)副院長(zhǎng)、汽車安全與節(jié)能國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任宋健介紹，這一般是由于電池內(nèi)部電解液及其分解產(chǎn)物被點(diǎn)燃造成的。
宋健介紹，從學(xué)術(shù)上來(lái)說(shuō)，鋰離子主要做兩個(gè)運(yùn)動(dòng)，一個(gè)叫嵌入，一個(gè)叫脫出。不管是放電還是充電，鋰離子都是從電池的一極跑到另外一極。“內(nèi)燃汽車的油箱，僅僅是一個(gè)儲(chǔ)存燃料的地方。而電動(dòng)汽車的電池組不同，鋰電池既是一個(gè)儲(chǔ)能裝置，又是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的裝置。電池在放電過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行著氧化反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成為電能，然后輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車電機(jī)。”
宋健指出，鋰電池中電解液是用易燃溶劑配置而成的，鋰電池的充放電過(guò)程，就是電解液中鋰離子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。鋰是一種活潑金屬，電池內(nèi)的鋰如果暴露在空氣中，就會(huì)與氧氣產(chǎn)生激烈反應(yīng)進(jìn)而燃燒。
為了防止空氣進(jìn)入電池內(nèi)部，汽車電池制造商一般會(huì)用多層外殼或塑膜來(lái)封閉電池，使得鋰不會(huì)與氧氣接觸，廠商也會(huì)在電池包外殼包裹堅(jiān)硬保護(hù)殼。不過(guò)，在電池內(nèi)部又是另一番“脆弱”的環(huán)境。中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高指出，鋰電池的正極氧化劑和負(fù)極還原劑之間只隔一層微米級(jí)別厚度的隔離薄膜。目前電動(dòng)汽車廠商為追求高能量密度、高續(xù)航，會(huì)將電池中的隔膜厚度進(jìn)行削減，給電池造成了一定的安全隱患。
宋健表示，自己在實(shí)驗(yàn)室做測(cè)試中就出現(xiàn)過(guò)隔離薄膜破裂的情況。“我們實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果，模仿電動(dòng)汽車發(fā)生劇烈碰撞的狀況，電池在一定的碰撞沖擊力和大氣壓強(qiáng)下，薄膜就會(huì)發(fā)生破裂，正極上的氧化劑就容易與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，電池的正負(fù)極就發(fā)生短路了，局部溫度升高，就可能引燃電池的電解液。
