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電動汽車燃燒事故頻發?固態鋰電池或可避免

http://dailynews.sina.com   2018年12月06日 02:49   北京新浪網

  本文轉自科技日報 傳統的液態鋰電池,被科學家們喻爲“搖椅式電池”,搖椅兩端爲電池的正負兩極,中間爲電解質(液態)。其中的鋰離子如同優秀的運動員在正負兩極間來回奔跑,在運動過程中即完成電池的充放電過程。

  然而,這種看似有趣的結構卻存在隱患。據不完全統計,今年上半年電動汽車發生過10起燃燒事故。某消防單位對此總結,新能源汽車發生燃燒最爲常見的場景表現爲充電過程中的燃燒,此外,電池在行駛或停駛過程中也會產生燃燒。

  不久前,在北京召開的第二屆儲能電池技術發展方向研討會上,與會專家就目前電池存在的問題進行了深入討論,認爲固態電池是相對更加理想的選擇。

  安全性更高,可繼承液態鋰電池“江湖地位”

  液態鋰電池爲何會頻發爆炸,有專家分析,原因在於傳統鋰電池在大電流下工作有可能出現鋰枝晶,從而刺破隔膜導致短路破壞;電解液爲有機液體,在高溫下會加劇發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向。

  而近年來,學術界、產業界認爲採用固態電池在安全性上相對有所保障,視其可以繼承液態鋰電池的“江湖地位”。

  “儲能的春天已經到來,儲能行業開始萌芽開花,在各類儲能技術中,電池儲能最受關注,也是發展最快的儲能技術方向。全固態鋰離子電池是規模化儲能理想的化學電源。”中國科學院電工研究所儲能技術研究組陳永翀教授表示。

  專家認爲,全固態鋰離子電池採用固態電解質替代傳統有機液態電解液,有望從根本上解決電池安全性問題,是電動汽車和規模化儲能的理想化學電源。

  北京理工大學電動車輛國家工程實驗室、中國電工技術學會電動車輛專業委員會委員孫立清曾表示,相較於傳統鋰電池,固態鋰電池的差異在於電解質固態化,理論上存在一定的優勢。

  由於固態鋰電池採用鋰、鈉製成的玻璃化合物爲傳導物質,取代以往鋰電池的電解液,大大提升了鋰電池的能量密度。採用固態電解質,可以阻止電池中的一些成分燃燒。

  與會專家介紹,固態鋰電池的密度及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端,傳導更大的電流,進而提升電池容量。因此,在同樣的電量下,固態電池體積將變得更小。而且,由於固態電池中沒有電解液,封存將會變得更加容易,在汽車等大型設備上使用時,也不需要再額外增加冷卻管、電子控件等,不僅節約了成本,還能有效減輕重量。

  開發還在路上,一些關鍵問題有待突破

  將固態電解質引入鋰電池,是爲了突破目前有機電解液存在的種種限制,提升電池的能量密度、功率、溫度範圍和安全性。與會專家提出,真正實現這些目標,仍需首先解決現有電解質材料本身以及與電極界面存在的問題。

  中國科學院上海硅酸鹽研究所副研究員靳俊介紹說,近幾年他們實驗室主要開發採用固態電解質的鋰硫電池體系。用固態電解質修飾金屬鋰後,可以提高電池的循環穩定性。他們還提出一個雙電解質體系鋰硫電池概念,採用具有鋰離子導電特性LAGP體系的固體電解質,在正負極間採用少量液態電解液進行界面潤溼,測試結果可以看到,首次放電比容量能夠達到理論容量80%以上,尤其在充放電效率方面,基本上接近100%,完全沒有液態鋰硫電池中存在的穿梭效應問題。爲了進一步解決電池的安全問題,他們把這個界面凝膠化,以保證裏面沒有流動態的電解液,通過聚合物進行修飾,還可以緩衝循環過程中的體積效應。

  清華大學材料學院副教授李亮亮團隊,正在研製一種氧化物固態電解質及固態鋰電池的原型,採用三元正極,固態電解質膜和石墨負荷作負極,電池能量密度以及安全性非常好,上千次循環後容量保持81%。

  合肥博澳國興能源技術有限公司鄭明森博士指出,目前研發的疊片式大容量固態聚合物鋰離子電池,結構相對簡單、節點少,不需要管理系統,在組裝電池組時只需串聯而非並聯。採用一些固態的電解液替代傳統的液態電解液,可以解決電池的漏液和碰撞後燃燒問題,提高了電池的安全性。

  當然,固態電池開發還在路上,仍存在一些關鍵問題有待突破。專家表示,固體電池應用於儲能領域需考慮到長壽命、安全性等因素。另外,還需解決長期循環過程中的體積效應、穩定性和界面相容性等問題。

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