與幾年前相比電動(dòng)汽車技術(shù)有了明顯提升,但新產(chǎn)品的推出和迭代依舊繞不開“續(xù)航”這個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù),續(xù)航也成為用戶圍繞純
電動(dòng)車最多的話題之一。武漢大學(xué)教授艾新平解答了
電池續(xù)航及安全等相關(guān)問題。
能量密度提升需更成熟的正極材料打輔助
熟悉電池產(chǎn)業(yè)的人都知道,電池能量密度是影響純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航的主要因素(另一個(gè)是電耗),鋰電池能量密度的提升離不開材料的突破。至少在未來幾年中,車載動(dòng)力電池正極材料會(huì)往高鎳無鈷和富鋰錳基材料體系發(fā)展。
當(dāng)前鋰離子電池負(fù)極材料以石墨為主,石墨的理論克容量為372mAh/g,而三元正極材料鎳鈷錳約為200mAh/g(磷酸鐵鋰為160mAh/g)。
針對現(xiàn)有電解液體系下電池能量密度的提升空間,艾新平認(rèn)為主要取決于正極材料。“當(dāng)前鋰電池的能量密度主要受限于正極的容量,負(fù)極石墨容量現(xiàn)在能做到360mAh/g,而正極即便是高鎳也只有210mAh/g,只有負(fù)極的一半。”
與木桶理論一樣,鋰離子電池的能量密度下限取決于正極材料。只有正極材料有所突破,能量密度才能更進(jìn)一步提升,從而增加車輛整體續(xù)航。
“提升正極材料不是沒有思路,只是目前還在探索成熟的材料體系,比如富鋰錳基材料容量可達(dá)到300mAh/g,但其循環(huán)過程中電壓衰減等難點(diǎn)還需要進(jìn)一步克服,商業(yè)化應(yīng)用還需時(shí)間”。
可以預(yù)見的是,富鋰錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點(diǎn),這種材料可以減少用鈷量,其成本比三元材料低。
未來,隨著高電壓電解液技術(shù)的成熟,富鋰錳基動(dòng)力電池將成為高比能鋰動(dòng)力電池的主流產(chǎn)品。
當(dāng)然,動(dòng)力電池更長遠(yuǎn)的未來則屬于固態(tài)電池。固態(tài)電池能夠同時(shí)解決續(xù)航里程與電池安全的最優(yōu)方法。
固態(tài)電池由于不需要液體的浸潤,僅需要固態(tài)電解質(zhì)將正負(fù)極片隔開,這這項(xiàng)技術(shù)最大的挑戰(zhàn)也就在于。相比液態(tài)電解液,固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率相對較低,內(nèi)阻較大,倍率性能偏低,此外快充對固態(tài)電池挑戰(zhàn)也巨大。
而固固界面問題也存在諸多問題亟待解決,艾新平表示,全固態(tài)電池的界面問題目前仍沒有較好的解決辦法,不同于液體電解液的面接觸,固固界面屬于點(diǎn)接觸,電池充放電體積變化會(huì)導(dǎo)致接觸點(diǎn)斷開。
艾新平表示,“如果按照目前技術(shù)水平,離固態(tài)電池應(yīng)用還非常遠(yuǎn)。”
電池安全仍任重道遠(yuǎn)
新能源汽車快速發(fā)展的同時(shí),電池安全也成為公眾最為關(guān)心的話題。據(jù)《新能源汽車國家監(jiān)管平臺大數(shù)據(jù)安全監(jiān)管成果報(bào)告》顯示,從2019年5月起新能源共發(fā)生79起安全事故,涉及車輛96輛。
在已查明起火時(shí)原因的車輛中,41%的車輛處于行駛狀態(tài)中,40%的車輛處于靜止停放狀態(tài),19%車輛處于充電狀態(tài)。
市場監(jiān)管總局官方數(shù)據(jù)也顯示,2019年上半年車企合計(jì)召回新能源汽車2.76萬輛。
10月初,市場監(jiān)管總局質(zhì)量發(fā)展局發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步規(guī)范新能源汽車事故報(bào)告的補(bǔ)充通知》,要求新能源汽車發(fā)生冒煙、起火事故的,應(yīng)在事故發(fā)生后12小時(shí)內(nèi),向市場監(jiān)管總局報(bào)告事故基本信息。若造成人員傷亡或重大社會(huì)影響的,應(yīng)在6小時(shí)內(nèi)上報(bào)。
動(dòng)力電池?zé)崾Э氐脑蛑饕獮闄C(jī)械外力擠壓碰撞、過充過放引發(fā)的內(nèi)部短路及熱量高散射不良引發(fā)的熱失控。
艾新平表示,除去機(jī)械外力等外在因素外,電池的不安全行為主要由熱失控引起,當(dāng)電池過充或受高溫時(shí),電池內(nèi)部溫度會(huì)升高,溫度升高到100度時(shí),就會(huì)引發(fā)一系列的放熱副反應(yīng),這些副反應(yīng)放出來的熱不能及時(shí)疏散,會(huì)進(jìn)一步提升電池溫度,放熱反應(yīng)越來越劇烈。最終發(fā)生熱失控,發(fā)生起火或者爆炸。
“解決電池的安全問題,首先要避免短路、過充,其次要進(jìn)行熱保護(hù),盡量避免發(fā)生熱失控,如果熱失控?zé)o法避免,應(yīng)不要起火”。艾新平如是說。
(責(zé)任編輯:子蕊)