與幾年前相比電動汽車技術(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”這個關(guān)鍵數(shù)據(jù),續(xù)航也成為用戶圍繞純
電動車最多的話題之一。武漢大學教授艾新平解答了
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汽車續(xù)航的主要因素(另一個是電耗),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,車載動力電池正極材料會往高鎳無鈷和富鋰錳基材料體系發(fā)展。
當前鋰離子電池負極材料以石墨為主,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,艾新平認為主要取決于正極材料。“當前鋰電池的能量密度主要受限于正極的容量,負極石墨容量現(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到300mAh/g,但其循環(huán)過程中電壓衰減等難點還需要進一步克服,商業(yè)化應用還需時間”。
可以預見的是,富鋰錳基材料具備工作電壓高和克容量高特點,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,富鋰錳基動力電池將成為高比能鋰動力電池的主流產(chǎn)品。
當然,動力電池更長遠的未來則屬于固態(tài)電池。固態(tài)電池能夠同時解決續(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)將正負極片隔開,這這項技術(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,固固界面屬于點接觸,電池充放電體積變化會導致接觸點斷開。
艾新平表示,“如果按照目前技術(shù)水平,離固態(tài)電池應用還非常遠。”
電池安全仍任重道遠
新能源汽車快速發(fā)展的同時,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)于進一步規(guī)范新能源汽車事故報告的補充通知》,要求新能源汽車發(fā)生冒煙、起火事故的,應在事故發(fā)生后12小時內(nèi),向市場監(jiān)管總局報告事故基本信息。若造成人員傷亡或重大社會影響的,應在6小時內(nèi)上報。
動力電池熱失控的原因主要為機械外力擠壓碰撞、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,當電池過充或受高溫時,電池內(nèi)部溫度會升高,溫度升高到100度時,就會引發(fā)一系列的放熱副反應,這些副反應放出來的熱不能及時疏散,會進一步提升電池溫度,放熱反應越來越劇烈。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,其次要進行熱保護,盡量避免發(fā)生熱失控,如果熱失控無法避免,應不要起火”。艾新平如是說。
(責任編輯:子蕊)