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动力电池安全不容小觑 钛酸锂电池优势凸显

 经济网讯 “五一”期间,北京市朝阳区蟹岛度假村停车场发生电动客车连环起火事件,烧毁新能源汽车89辆,按照一辆电动客车上百万元价格估算此次火灾损失近亿元。虽然事后,交警称因柳絮堆积导致火灾,但人们对新能源汽车的电池安全依然存在深深的疑问。 近年来,在我国决心大力发展新能源汽车的背景下,尤其是2014年之后,在包括国家和地方两级高额“补贴”在内的强有力的系列政策的推动下,新能源汽车产业的发展势不可挡。而随着电动汽车的商业化应用数量增加,电动汽车用锂离子动力电池的自燃、起火爆炸事件时有发生,目前正是电动汽车行业发展的关键时机,任何一起电动汽车安全事故不仅仅对当事的制造企业造成重大影响,也是对整个行业的沉重打击。动力电池是电动汽车的核心零部件,电动汽车起火或爆炸,人们第一个想到的往往是电池的问题,那么现在电动汽车的电池到底安全吗? 电池机理分析 钛酸锂材料安全性能更佳  从电池机理角度来分析,锂离子电池的起火爆炸是由于锂离子电池热失控而产生的,根源主要是电极和电解液间在合适的条件下产生的剧烈的化学放热反应。目前商业化应用于锂离子动力电池的正极材料有磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂和锰酸锂等;负极材料主要有石墨或及其复合材料和钛酸锂等;电解液主要由有机溶剂和锂盐组成,隔膜的主要成分是聚丙烯、聚乙烯或两者的复合材料。 对于正极材料来说,磷酸铁锂发生热分解所需的温度最高,其分解所放出的热量最少,是目前安全性最好的正极材料。负极材料中,石墨负极与电解液的反应的温度最低,最容易与电解液发生反应,放出的热量最高,而钛酸锂负极发生分解反应的温度不仅高于石墨与电解液的反应,而且放出的热量远低于石墨反应放出的热量,因此钛酸锂材料的安全性远高于石墨负极。 除此之外,动力电池在充放电循环中,电池组成物质会发生一些物理和化学的变化而导致电池性能的衰退,这些变化将会在一定程度上影响电池的安全性。事实上,在电池出产后的实际使用中,电池的起火等事故时有发生。现有的对于未经循环的新鲜电池的安全性研究成果并不能完全解释事故的发生机理。不同材料、不同容量、不同设计电池循环过程中的电化学或耐滥用行为或许有所差异。根据所用负极材料的不同,目前市场上常见的动力电池分为两大类,碳负极体系和钛酸锂负极体系电池。 由于碳负极嵌锂后电位与金属锂的电位很接近,金属锂的沉积,一般发生在负极表面。锂离子在迁移到负极表面时,部分锂离子没有进入负极活性物质形成稳定的化合物,而是获得电子后沉积在负极表面成为金属锂,并逐步形成锂枝晶。随着循环次数的不断增加,内部极化加剧,锂枝晶随着锂离子电池的循环不断生长,可能会穿透隔膜,引起正负极短路。电池在经过近千次循环过后,由于电池材料结构的变化(不停的膨胀收缩)及副反应产物的堆积(析锂),碳负极表面出现了很多凸起。这种变化不仅影响了电极结构和活性,也会使隔膜受力变形,增大其受破坏的可能性。电池在短路、挤压、过充实验中极易发生热失控。 与碳负极材料相比,钛酸锂材料被称为“零应变材料”,稳定性高,具有更高的嵌锂电位(1.55V vs. Li+/Li),从根本上消除了金属锂枝晶的产生,降低了电池发生内部短路的风险。钛酸锂与电解液之间的反应活性较低,几乎不生成SEI膜,因而具有很好的循环稳定性和安全性,其常温循环寿命可达25000次以上。在很高的温度下,钛酸锂能够吸收正极分解所产生的氧气,降低了热失控的风险,提高了电池的安全性。以钛酸锂取代碳材料作为锂离子电池的负极,为保障锂离子电池的安全、提高电池的循环性能和使用寿命提供了坚实的基础。 钛酸锂坚定践行电池安全使命 动力电池的安全性更多取决于材料自身与制造工艺,而钛酸锂电池具备的高安全性,有效地解决了安全隐患对于新能源电池推广应用带来的困扰。钛酸锂电池在最重要的安全性方面,有不可比拟的优势。遵循新国标,钛酸锂电池经过针刺、电钻、切割等“残酷”的实验,并没有发生起火、爆炸等现象,经受住了安全性检测的考验。钛酸锂电池技术市场接受度不断提升,目前已经与三元锂电池和磷酸铁锂电池一起在动力锂电池市场形成三足鼎立的局面。 钛酸锂电池是锂电中寿命最长、安全度最高的电池。钛酸锂电池的循环寿命长,能够实现万次以上的充放电循环,高于普通锂电池。而且钛酸锂快速充电性能非常好,其充电倍率不但达到与磷酸铁锂和三元相当的6C,还能实现电化学超级电容器10C的倍率充电。这从另一方面证明钛酸锂的用途其实非常广泛。 目前钛酸锂电池国内市场技术比较成熟,在电动车应用方面主要用于公交车和摆渡车等领域,国内生产钛酸锂材料比较早的有银隆、微宏等,国外的东芝在2007年就有了基于钛酸锂负极的锂离子电池问世。其中,以银隆为代表的钛酸锂电池目前已经攻克了业内公认的“五大问题”,实现6分钟快速充电、耐宽温(-50℃—+60℃)、30年循环使用寿命、不起火不爆炸高安全性、高效率等优良特性。但是钛酸锂电池能量密度低是其最大的缺点,当前,钛酸锂电池与磷酸铁锂电池的能量密度差距也正在不断缩小。据悉,银隆第四代高能量密度钛酸锂电池,与第三代相比成本下降40%,能量密度提高60%。银隆研发的钛氢技术,也将有效解决电池能量密度的问题,并通过钛酸锂电池和燃料电池的两者结合,成功解决新能源汽车续航里程的难题。 未来,电动汽车将是国家践行“蓝天保卫战”的发展趋势,也是行业内外关注的焦点,给运营企业更多保障能增加客户对电动汽车的信心,也更能促进我国新能源汽车的发展。从最近的电动汽车安全事故中我们应该警醒,解决电池的安全性问题是首要,能量密度的大幅度提升步伐可适当放缓,电池的可靠性和耐用性应该放在更重要的位置予以关注。高能量意味高风险,动力电池安全高于一切。(邹锡兰)
(网络编辑:崔晓萌)
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