2015年動力電池行業繁華勝景,也許很快將面臨嚴峻挑戰:安全性、衰減、產能過剩、退補。隨著產能的集中釋放,這四大危機在2016年是否會集中爆發?振華新能源總經理李樹軍就這一問題發表主題演講。
振華新能源總經理 李樹軍
做電池的人都清楚,鋰電池在化學體系的本質上并不安全,想要安全可以用鉛酸,但你要承擔它的污染。鋰電池從出身那天起,優點能看得到,缺點是不安全,第二是成本高,但成本是可以通過工業化規模降低。在這種情況下,不要說這個電池怎么用都沒事,這不可能,怎么用都沒事的是鉛酸電池。
舉一個車的例子,大家對車很熟悉,新車出廠要做碰撞實驗,但不能對每輛車都做實驗。碰撞實驗過了,這個車以后再撞的時候就一定沒事了嗎?答案是不可能。碰撞實驗通過的時候,說明你的設計是合理的,能夠承受標準或者極端的一些測試,能夠提供一些保護,但是不能說它一定是安全的。有可能有一些泄漏的地方。比如輪胎有瑕疵等等,在使用過程中就暴露了。另外部件全都是好的,你跑了8萬公里、10萬公里,雖然廠家提示你該換輪胎了,你就是不換,你跑到12萬公里的時候,它可能就著了,你覺得是誰的錯。所以說沒有絕對的安全說法,電池缺陷跟生命末端的安全風險無法徹底清除。
如果想靠乘員本身來控制電池安全,那這絕對是一個不靠譜的話題。如果那樣的話,車企存在便沒有意義。 動力電池安全性比較,首先是方形磷酸鐵鋰(大單體),它不容易出現問題,質量能量密度低,體積能量密度低,單體失效的時候,熱量釋放較低。單體不一定劇烈燃燒,也不會正極分解引發爆炸,很多時候僅表現為發熱。模塊中,即使單體緊鄰在一起,失效單體也不大會引燃相鄰單體,因此模塊是很安全的,所以磷酸鐵鋰目前出現的安全性事故不并不多見。
如果磷酸鐵鋰為了提高續航里程,改成方形三元材料,它的質量及能量密度和體積能量密度都比較高(200WH/kg)。如果沒有特別保護措施,則熱量釋放很大并且很快,單體往往劇烈燃燒,正極可能分解引發爆炸。模塊中,如果單體簡單緊鄰在一起,沒有特別保護,則失效單體會引燃相鄰單體,導致模塊燃料或爆炸。
圓柱18650(三元材料、小單體),它的質量能量密度和體積能量密度都比較高,單體失效,熱量釋放較小,單體往往劇烈燃燒,但由于總能量較小,加熱半徑小,容易控制。模塊設計可以考慮定向卸壓、并聯電路自熔斷、改變相鄰單體物理間隔,阻斷單體失效的傳播線路,保證模塊的安全,控制進一步的燃燒/爆炸。特斯拉目前就在做這件事。
通過DARPA,對鋰電池的評估來看,從邏輯上建議小單體的隔離方案,也影響了特斯拉早期創業者的電芯選擇。高能量密度材料的使用,面臨鞭炮還是手雷的選擇。
鋰電池化學體系靠不住,就是因為高能量密度+電池材料的可燃性,電芯安全不能保證,因為無法全部屏蔽制造瑕疵和使用老化。老化的電池最終會有一部分的表現是失效的。這個時候,最低級層次實際上是第三級,也就是模塊安全要靠譜,失效隔離與安全保護是重點。磷酸鐵鋰+大單體比較容易實現模塊級別的安全控制,具有能量密度低的優勢。三元材料+大單體最難實現,三元材料+小單體比較容易實現模塊級別的安全控制,但是要為使用小單體付出代價。
李樹軍表示:“我們要做的工作是現有化學體系下電芯安全的不斷完善,模塊級別上的安全控制一體化設計,開發下一代本征安全的化學體系。”
作者:滕鵬華
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