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如何保证锂电池的安全性呢?

2018-09-10 18:15 来源: BlueEnergizing2016

几日前,网友在微博上传了一段某国产新能源汽车在广州马路边电池自燃爆炸的视频,引起了全民关注。事发六天前,威马新能源汽车在其成都研究院内刚发生过自燃事件。就连新能源汽车的对标对象特斯拉都未能避免这样的状况,北汽、野马、荣威、比亚迪等也都先后被爆出过自燃问题。中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高就直接指出,目前纯电动车最大的风险就是电池的安全性。

如何保证锂电池的安全性呢?

为什么电池成为了新能源的桎梏?

众所周知,新能源汽车的的优势就在于相较于以汽油为燃料的车更加低碳环保。它采用的是非常规的车用燃料作为动力来源,如锂电池、氢燃料等。锂电池的应用领域也非常广泛,除了新能源汽车之外,手机、笔记本电脑、平板电脑、移动电源、电动自行车、电动工具等等。

目前,无论是全球知名的特斯拉亦或者国内知名的小鹏汽车、蔚来汽车以及比亚迪等主流的新能源汽车使用的都是锂电池。这些新能源汽车厂商使用的锂电池按照正极材料分类又可以分为:磷酸铁锂电池、三元锂电池(包括 NCA 和 NCM)、锰酸锂池、钴酸锂池、镍氢电池、钛酸锂池等。其中,特斯拉、北汽 E200/150、广汽传祺 GA5EV、北京奔驰、华晨宝马 5 系、蔚来汽车等使用的都是三元锂电池。而曾经使用磷酸铁锂电池的比亚迪也在后来转向了三元锂电池阵营。

但是无论是三元锂电池亦或者磷酸铁锂电池,都躲不开易燃易爆的隐患。

锂是世界上最活泼的金属,由于其化学特性太活泼,当锂金属暴露在空气中时会与氧气产生激烈的氧化反应,因此容易产生爆炸、燃烧等现象。此外,锂电池充放电过程中内部也会产生氧化还原反应,爆炸和自燃主要都是因为锂电池发热后所累积起来、来不及扩散和释放所导致的。简单来说就是锂电池在充放电过程中会产生大量的热量,这会导致电池内部温度升高以及单体电池之间的温度不均匀,从而造成电池的新能不稳定。

今年 8 月,苹果公司位于荷兰阿姆斯特丹的零售商店就因 iPad 电池爆炸并向空气中释放潜在的有害物质,零售店不得不紧急疏散店内的消费者暂时关门。而此前,三星、小米、华为等也都曾被爆出过手机自燃事件。多次事故显示,当人们充电不当、或者环境温度过高等情况下,极容易引发锂电池自燃、爆炸,这也成为使用厂家的一块心病。

为什么一定要锂电池

电池选择上的局限,很大程度取决于电池自身的发展与商用条件。世界上第一个电池 " 伏特电堆 " 是用锌板和锡板制成的,之后相继出现了锌、铜电池,湿电池、干电池,因不会遗漏、便于携带,干电池在之后很长一段时间内得到了广泛应用,尔后被爱迪生发明的可充电镍铁电池所取代。最终采用钴酸锂作为正极材料,金属锂作为负极材料而制成的锂离子电池成为了市场最后的选择。

相较于其他电池,锂电池有着明显的优势。它的使用寿命很长,在六年以上,并且电池体积小、能量密度高,可达到 460-600Wh/kg,是铅酸电池的 6 到 7 倍。目前,特斯拉宣布与松下联合研发的 21700 电池系统能量密度就达 300Wh/kg。与此同时,铝电池具备高功率承受力,新能源汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可达到 15-30C 充放电的能力,这便于汽车高强度的启动和加速。锂电池具有高低温适应性很强、绿色环保、生产过程中基本不消耗水等特性。

而电池的商用方面,因为受到体积重量、能量的储存及释放能力、保存时间、使用寿命、成本、使用便捷度、量产等多项条件限制,能够进行大规模商业化应用的电池不过寥寥。综合这两方面原因,锂电池成为了最佳解决方案。

虽然锂电池本身的属性决定了其 " 易燃易爆炸 " 的宿命,但并不是完全无法降低风险和安全性的。无论手机企业亦或是新能源汽车公司,通过合理的电池管理系统以及热管理系统,电池就能够保证安全,也不会发生爆炸或者自燃现象。

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