避免電動汽車燃燒事故 固態(tài)鋰電池或是解決方案

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池,被科學家們喻為“搖椅式電池”,搖椅兩端為電池的正負兩極,中間為電解質(zhì)(液態(tài))。其中的鋰離子如同優(yōu)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(jié)構(gòu)卻存在隱患。據(jù)不完全統(tǒng)計,今年上半年電動汽車發(fā)生過10起燃燒事故。某消防單位對此總結(jié),新能源汽車發(fā)生燃燒最為常見的場景表現(xiàn)為充電過程中的燃燒,此外,電池在行駛或停駛過程中也會產(chǎn)生燃燒。

安全性更高,可繼承液態(tài)鋰電池“江湖地位”

液態(tài)鋰電池為何會頻發(fā)爆炸,有專家分析,原因在于傳統(tǒng)鋰電池在大電流下工作有可能出現(xiàn)鋰枝晶,從而刺破隔膜導致短路破壞;電解液為有機液體,在高溫下會加劇發(fā)生副反應、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向。

而近年來,學術界、產(chǎn)業(yè)界認為采用固態(tài)電池在安全性上相對有所保障,視其可以繼承液態(tài)鋰電池的“江湖地位”。

“儲能的春天已經(jīng)到來,儲能行業(yè)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(fā)展最快的儲能技術方向。全固態(tài)鋰離子電池是規(guī)?；瘍δ芾硐氲幕瘜W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。

專家認為,全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)有機液態(tài)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(guī)?；瘍δ艿睦硐牖瘜W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(yè)委員會委員孫立清曾表示,相較于傳統(tǒng)鋰電池,固態(tài)鋰電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化,理論上存在一定的優(yōu)勢。

由于固態(tài)鋰電池采用鋰、鈉制成的玻璃化合物為傳導物質(zhì),取代以往鋰電池的電解液,大大提升了鋰電池的能量密度。采用固態(tài)電解質(zhì),可以阻止電池中的一些成分燃燒。

專家介紹,固態(tài)鋰電池的密度及結(jié)構(gòu)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(tài)電池體積將變得更小。而且,由于固態(tài)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(jié)約了成本,還能有效減輕重量。

開發(fā)還在路上,一些關鍵問題有待突破

將固態(tài)電解質(zhì)引入鋰電池,是為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、溫度范圍和安全性。與會專家提出,真正實現(xiàn)這些目標,仍需首先解決現(xiàn)有電解質(zhì)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(fā)采用固態(tài)電解質(zhì)的鋰硫電池體系。用固態(tài)電解質(zhì)修飾金屬鋰后,可以提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。他們還提出一個雙電解質(zhì)體系鋰硫電池概念,采用具有鋰離子導電特性LAGP體系的固體電解質(zhì),在正負極間采用少量液態(tài)電解液進行界面潤濕,測試結(jié)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(tài)鋰硫電池中存在的穿梭效應問題。為了進一步解決電池的安全問題,他們把這個界面凝膠化,以保證里面沒有流動態(tài)的電解液,通過聚合物進行修飾,還可以緩沖循環(huán)過程中的體積效應。

清華大學材料學院副教授李亮亮團隊,正在研制一種氧化物固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)鋰電池的原型,采用三元正極,固態(tài)電解質(zhì)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(huán)后容量保持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(fā)的疊片式大容量固態(tài)聚合物鋰離子電池,結(jié)構(gòu)相對簡單、節(jié)點少,不需要管理系統(tǒng),在組裝電池組時只需串聯(lián)而非并聯(lián)。采用一些固態(tài)的電解液替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解液,可以解決電池的漏液和碰撞后燃燒問題,提高了電池的安全性。

當然,固態(tài)電池開發(fā)還在路上,仍存在一些關鍵問題有待突破。專家表示,固體電池應用于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(huán)過程中的體積效應、穩(wěn)定性和界面相容性等問題。