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新能源汽车安全事故的本质是热失控

  高工锂电网   2020-04-23 次浏览

“新能源汽车发展十年来,恰逢锂离子电池能量密度从100Wh/kg提升到300Wh/kg,价格从5块降低到现在最低0.8元,实现了蓄电池领域百年来革命性突破。”


2019世界新能源汽车大会上,中国科学院院士、清华大学欧阳明高教授在题为“面向2035的中国新能源汽车技术路线展望”的主旨演讲中,对于锂电池在汽车电动化中的角色、锂电池安全问题的解决以及未来几年的锂电池市场需求趋势做了详细阐述。

新能源汽车安全事故的本质是热失控 可主动防控

从轿车角度来看,体积能量密度比重量能量密度更加重要,锂离子电池在体积能量密度是具有优势的,其他的高比能量电池在这方面无法和锂离子电池竞争。


欧阳明高认为,锂电池有望成为车用电池主流技术。伴随着比能量的提高出现了一个问题就是安全性,目前主要且紧迫任务就是如何把安全的平衡点提升到300Wh/kg的能量密度。


在安全方面,安全事故应该说是当前新能源汽车发展的致命隐患,必须尽快解决。欧阳明高表示,安全事故的本质是电池的热失控,有机械原因、电的原因、热的原因等等,单体电池上出现的热失控之后不是致命的,关键是会引发整个电池系统热失控蔓延,从而形成事故。


通过研究,欧阳明高团队发现了高比能量动力电池三种主要热失控机理,第一种是负极析活性锂,就是快充或者过充引起的。第二种是隔膜刺穿导致内短路引发热失控。第三种是高比能量电池正级析释活性氧,析氧密度随着比能量提升在不断下降。

新能源汽车安全事故的本质是热失控 可主动防控

针对第一种机理和第二种机理主要是预防诱因,就是电池充电析锂与快充控制。其与日产在充电的算法上有合作,通过大量实验数据支撑,并考虑各种各样的情况,避免了很多热失控问题,所以到聆风的是卖最多一款电动车,但安全事故非常少。


另外是电池的内短路与电池管理问题。内短路要通过电池管理手段提前预防,电池管理还有很多技术都会对整个电池内短路的诱因方面进行最好的预防,电池管理系统要升级为新一代以安全为核心的电池管理。

新能源汽车安全事故的本质是热失控 可主动防控

基于第三个机理,也就是高镍出现之后失氧温度下降,核心要从单体电池设计尤其热设计着手,新一代电解液添加剂等等。新一代811失氧温度降低、热释放速率大幅度提升,热失控最高温度也大幅度提升。我们在学校大容量电池热失控实验都不敢叫学生做。


如果这些问题还不能预防,就是系统级的防控,即防热失控蔓延,这就是热蔓延与热管理,通过散热、隔热相结合的手段来解决。


基于上述分析,欧阳明高认为,锂离子动力电池热失控的主动防控可以基本解决电池安全问题,并不是不可解决的。


值得注意的是,电池热失控既是影响电动汽车可持续发展的生命线,也是市场竞争和品牌塑造的一个主旋律。新一代电动汽车不是靠动力性,而是要靠安全性。谁安全可靠,让用户放心,谁将来才能赢得客户。

新能源汽车安全事故的本质是热失控 可主动防控

基于上述阐释,欧阳明高表示,对锂离子动力电池在车用和储能两大领域的前景充满信心,并认为会超出预期。中国可能会提前几年达到今天发布的博鳌共识中的目标,即2035年全球新能源汽车达到年度新车销量的一半。


根据《节能与新能源汽车技术路线》中的新能源汽车技术路线图,2030年的目标就是45-50%,参照这个预估,再加上最近宝马丰田对于电动化目标的提前,同时按照储能市场大规模爆发,可再生能源价格已经跟煤电相比。此外还有电动船舶等其它交通工具的全面电动化趋势。


基于上述多重趋势,欧阳明高乐观判断,预计到2025年,全球锂离子动力电池产量将达到10亿KWh,同时,预计到2027年,中国锂离子动力电池产量将达到10亿KWh。

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