如何提高鋰離子電池安全性？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-30 11:27
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在1月11～13日舉辦的中國電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2019）的動(dòng)力電池技術(shù)峰會(huì)上，各位專家學(xué)者沒有如往年般分享各色各樣的鋰電前瞻技術(shù)，而是不約而同的將焦點(diǎn)放在了鋰電池組安全上。
鋰電池組的安全性歸根到底一句話，就是來自于電池的熱失控。鋰電池除了正常的充放電反應(yīng)外，還存在潛在的副反應(yīng)。當(dāng)電池溫度過高或者充電電壓過高的時(shí)候，這些副反應(yīng)就會(huì)被引發(fā)，并釋放大量熱量。如果熱量得不到及時(shí)疏散，還會(huì)引起電池溫度和壓力的急劇上升，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致熱失控，造成安全事故。
不幸的是，從鋰電反應(yīng)機(jī)理而言，單體電池的熱失控隱患是無法根除的，只能通過諸如熱控制技術(shù)（PTC電極）、正負(fù)極表面陶瓷涂層、過充保護(hù)添加劑、電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等等技術(shù)的綜合性應(yīng)用來無限改善單體電芯的安全性能，但無法真正根除。
關(guān)于鋰電池組電芯層面的鋰離子電池安全性，武漢大學(xué)教授艾新平做了非常全面的分析，從熱失控過程來看，發(fā)生熱失控最早的一個(gè)反應(yīng)是負(fù)極表面SEI膜的分解，由于負(fù)極成份及添加劑的不同，SEI膜的分解分度大概在120－140℃，發(fā)生分解以后，負(fù)極裸露在電解液中，并發(fā)生劇烈的還原分解，放出大量的可燃性氣體和熱量，促使電池的溫度進(jìn)一步上升，直至正極發(fā)生分解。
鋰電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在手機(jī)、電腦和汽車上，成為了不可或缺的部件。不過，鋰電池卻也會(huì)因熱失控而自燃自爆。研究人員一直都在尋找電池過熱的原因和解決辦法，最近美國得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究人員有了新的發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池過熱根源并不在材料內(nèi)部，而在于材料表面，提高材料穩(wěn)定性才能打造高容量且安全的電池。
研究機(jī)構(gòu)EVTank發(fā)布的《中國電動(dòng)汽車市場研究報(bào)告》顯示，2017年和2018年，中國電動(dòng)汽車發(fā)生安全事故分別為14起和34起，涉及車輛分別為103輛和51輛。EVTank指出，國內(nèi)電動(dòng)汽車安全事故頻發(fā)的主要原因還是由于在政策補(bǔ)貼下，大量車企和電池企業(yè)為了快速上量，對電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的安全性等方面缺乏充分的驗(yàn)證。
推廣中心方面指出，新能源汽車推廣應(yīng)用的安全問題既涉及到公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，也關(guān)系到新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性發(fā)展前景，再次呼吁相關(guān)企業(yè)及時(shí)做好新能源純電動(dòng)貨車安全自查工作，共同推進(jìn)新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。
電池在充放電時(shí)，電池材料也在不斷衰退，所釋放的能量也會(huì)使電池?zé)崃刻嵘?。材料科學(xué)與工程教授KyeongjaeCho博士表示，“只有電池陰極材料的表面才是問題所在，電池內(nèi)部沒有問題。”鋰電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)組成，鋰離子則通過電解質(zhì)在電極兩端游移，在電池充放電時(shí)，電池表面材料會(huì)釋放氧氣，進(jìn)而產(chǎn)生金屬鎳粉塵。但鋰離子的傳輸通道被鎳粉塵堵塞時(shí)，導(dǎo)致電池容量就會(huì)快速下降，隨著熱量的增加，電池起火和爆炸的幾率也會(huì)增加。
KyeongjaeCho博士稱，可以在電池材料表面添加氧化物涂層，重新建構(gòu)電池的結(jié)構(gòu)，這也是保障鋰電池安全的方法之一。此舉可將電池容量提高20%至30%，改造后的電池可以經(jīng)受住更長的充電時(shí)間。但問題是，研究與實(shí)驗(yàn)所耗費(fèi)時(shí)間會(huì)相當(dāng)長。
鋰電池組的安全性歸根到底一句話，就是來自于電池的熱失控。鋰電池除了正常的充放電反應(yīng)外，還存在潛在的副反應(yīng)。當(dāng)電池溫度過高或者充電電壓過高的時(shí)候，這些副反應(yīng)就會(huì)被引發(fā)，并釋放大量熱量。如果熱量得不到及時(shí)疏散，還會(huì)引起電池溫度和壓力的急劇上升，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致熱失控，造成安全事故。
不幸的是，從鋰電反應(yīng)機(jī)理而言，單體電池的熱失控隱患是無法根除的，只能通過諸如熱控制技術(shù)（PTC電極）、正負(fù)極表面陶瓷涂層、過充保護(hù)添加劑、電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等等技術(shù)的綜合性應(yīng)用來無限改善單體電芯的安全性能，但無法真正根除。
關(guān)于鋰電池組電芯層面的鋰離子電池安全性，武漢大學(xué)教授艾新平做了非常全面的分析，從熱失控過程來看，發(fā)生熱失控最早的一個(gè)反應(yīng)是負(fù)極表面SEI膜的分解，由于負(fù)極成份及添加劑的不同，SEI膜的分解分度大概在120－140℃，發(fā)生分解以后，負(fù)極裸露在電解液中，并發(fā)生劇烈的還原分解，放出大量的可燃性氣體和熱量，促使電池的溫度進(jìn)一步上升，直至正極發(fā)生分解。
鋰電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在手機(jī)、電腦和汽車上，成為了不可或缺的部件。不過，鋰電池卻也會(huì)因熱失控而自燃自爆。研究人員一直都在尋找電池過熱的原因和解決辦法，最近美國得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校的研究人員有了新的發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池過熱根源并不在材料內(nèi)部，而在于材料表面，提高材料穩(wěn)定性才能打造高容量且安全的電池。
研究機(jī)構(gòu)EVTank發(fā)布的《中國電動(dòng)汽車市場研究報(bào)告》顯示，2017年和2018年，中國電動(dòng)汽車發(fā)生安全事故分別為14起和34起，涉及車輛分別為103輛和51輛。EVTank指出，國內(nèi)電動(dòng)汽車安全事故頻發(fā)的主要原因還是由于在政策補(bǔ)貼下，大量車企和電池企業(yè)為了快速上量，對電動(dòng)汽車及動(dòng)力電池的安全性等方面缺乏充分的驗(yàn)證。
推廣中心方面指出，新能源汽車推廣應(yīng)用的安全問題既涉及到公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，也關(guān)系到新興產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略性發(fā)展前景，再次呼吁相關(guān)企業(yè)及時(shí)做好新能源純電動(dòng)貨車安全自查工作，共同推進(jìn)新能源汽車行業(yè)的健康發(fā)展。
電池在充放電時(shí)，電池材料也在不斷衰退，所釋放的能量也會(huì)使電池?zé)崃刻嵘?。材料科學(xué)與工程教授KyeongjaeCho博士表示，“只有電池陰極材料的表面才是問題所在，電池內(nèi)部沒有問題。”鋰電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)組成，鋰離子則通過電解質(zhì)在電極兩端游移，在電池充放電時(shí)，電池表面材料會(huì)釋放氧氣，進(jìn)而產(chǎn)生金屬鎳粉塵。但鋰離子的傳輸通道被鎳粉塵堵塞時(shí)，導(dǎo)致電池容量就會(huì)快速下降，隨著熱量的增加，電池起火和爆炸的幾率也會(huì)增加。
KyeongjaeCho博士稱，可以在電池材料表面添加氧化物涂層，重新建構(gòu)電池的結(jié)構(gòu)，這也是保障鋰電池安全的方法之一。此舉可將電池容量提高20%至30%，改造后的電池可以經(jīng)受住更長的充電時(shí)間。但問題是，研究與實(shí)驗(yàn)所耗費(fèi)時(shí)間會(huì)相當(dāng)長。
