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復(fù)納“鋰”論|鋰電池在電動車及儲能行業(yè)的安全現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢

 更新時間:2021-12-20 點擊量:1652

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鋰電池已經(jīng)成熟應(yīng)用于 3C 電子產(chǎn)品、電動工具、電動自行車領(lǐng)域,在電動汽車、儲能、通訊、可穿戴產(chǎn)品等新領(lǐng)域也有長足發(fā)展。


我們也能頻繁聽到一些危險的聲音,關(guān)于手機、電腦、充電寶、無人機等電池爆炸的新聞屢見不鮮,特別是具有較大容量鋰電池的行業(yè),如電動汽車和電動自行車行業(yè),所面臨的自燃風(fēng)險更大,極易造成人身危險和大量財產(chǎn)損失:


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電動汽車行業(yè)


《2020 年電動汽車起火事故分析》中,根據(jù)不*統(tǒng)計,2020 年 1 - 12 月全年被媒體報道的燒車事故共 124 起,其中 7/8/9 三個月的事故數(shù)占全年事故的 49%。電動汽車從冒煙到自燃只需要幾秒到幾分鐘不等,甚至?xí)跇O短時間發(fā)生爆炸燃燒,導(dǎo)致火勢迅速蔓延。冒煙時鋰電池內(nèi)部處于高溫狀態(tài),撲滅外部明火后極易復(fù)燃,基本無法人為干預(yù),只能等待電池燃燒*。


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電動汽車起火事故具有季節(jié)高相關(guān)性、誘發(fā)原因模糊性、全生命周期相關(guān)性。夏季是起火高發(fā)時段,燃燒后汽車受損嚴(yán)重,很難準(zhǔn)確判斷誘發(fā)原因,且鋰電池在使用的前中后期均有起火燃燒的風(fēng)險。


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常見的誘發(fā)原因之一是電池?zé)崾Э兀瑔栴}點可能由關(guān)鍵材料、電芯設(shè)計、電芯制造工藝因素、系統(tǒng)集成以及實際使用條件導(dǎo)致,如集流體強度或延展度不足,正負(fù)極材料穩(wěn)定性差、正極材料金屬異物等雜質(zhì)混入、隔膜質(zhì)量差、正負(fù)極涂覆不均勻、生產(chǎn)異物引入、低溫充電析鋰、高溫濫用等等。


其中,通過飛納臺式掃描電鏡可完成原材料、極片的表征工作,幫助研究性能優(yōu)異的原材料以及篩選合適的工藝參數(shù),研究循環(huán)對正負(fù)極材料內(nèi)部(斷面)帶來的影響。


負(fù)極粉末.jpg

檢查負(fù)極粉末


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檢查極片制成工藝


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極片異物


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循環(huán)前中后期的正極材料,離子研磨斷面


發(fā)展趨勢


1. 在新能源電動汽車領(lǐng)域,三元鋰電池依然是主流。目前發(fā)展趨勢是不斷提高電池的能量密度,消除里程憂慮,同時通過包覆改性等工藝提高材料穩(wěn)定性。


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干法包覆的三元材料


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包覆的負(fù)極材料離子研磨斷面


2. 從安全性出發(fā),磷酸鐵鋰安全性更優(yōu)、循環(huán)性能好,占據(jù)約 30% 的*。


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磷酸鐵鋰


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3. 寧德時代最近推出鈉電池,成本更低、相對更安全,但能量密度不及鋰電池。


4. 一種提高安全性的解決方案是固態(tài)鋰電池,將易燃易膨脹爆炸的液體電解質(zhì)替換為固態(tài)。固態(tài)鋰電池也是大家攻克的難題,目前處在研發(fā)階段,離實際生產(chǎn)應(yīng)用為時尚早。


自行車.jpeg

B. 電動自行車


據(jù)報道,今年 1 月到 7 月,全國發(fā)生的電動自行車火災(zāi)事故已達(dá) 6462 起,平均每個月事故超過 900 起,絕大部分事故由于鋰電池燃爆引起。


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電動自行車市場發(fā)展不規(guī)范,雜牌電池、篩選剩下的動力電池甚至是新能源汽車退役鋰電池,部分會流入電動自行車的生產(chǎn)廠家,導(dǎo)致問題電池、性能不均一的電池被匹配為電池組流入市場,極容易發(fā)生過充現(xiàn)象,導(dǎo)致悲劇發(fā)生。一旦燃燒開始,火勢洶涌,溫度可以達(dá)到一千攝氏度以上,釋放出大量一氧化碳等有毒氣體,甚至發(fā)生爆炸點燃周邊可燃物品,引發(fā)大范圍火災(zāi)。


發(fā)展趨勢:近兩年,由于事故頻發(fā),電動自行車生產(chǎn)廠家開始更多采用安全系數(shù)相對更好的磷酸鐵鋰電池。


碳中和 - 鋰電池的機遇與挑戰(zhàn)


為了解決環(huán)境資源問題,中國預(yù)計 2030 年二氧化碳排放量達(dá)到峰值,2060 年實現(xiàn)碳中和目標(biāo)。2030 年非化石能源消費比重達(dá)到 25% 左右,風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機容量達(dá)到 12 億千瓦以上。新能源中光伏和風(fēng)電具有明顯的波動性,必須配備儲能以確保電網(wǎng)穩(wěn)定,同時延長發(fā)電時間。這代表未來電化學(xué)儲能市場將進(jìn)入高速增長。而鋰電正逐漸取代傳統(tǒng)的鉛酸電池占據(jù)儲能市場,但是安全問題亟待解決。


相比于電動自行車和電動汽車由幾十、幾百組電池組合,儲能電池特別是大型儲能電站往往具有極大的體量,如江北儲能電站總存儲容量 26.86 萬千瓦時,同時還采用“梯次利用",將新能源汽車等淘汰下來的“退役電池"進(jìn)行返廠維修,達(dá)到可利用標(biāo)準(zhǔn)后,進(jìn)行循環(huán)使用。該站共利用“舊電池"總?cè)萘繛?7.5 萬千瓦時,相當(dāng)于 3000 多輛家庭新能源汽車的電池量。


大體量、密集堆放的鋰電池對電池安全性和電池監(jiān)控管理體系均提出了*的要求,需要更為安全的電池設(shè)計,進(jìn)一步加強電池生產(chǎn)管控,同時深入了解電池失效機理,降低危險發(fā)生的概率。


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