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欧阳明高:热失控引发电动汽车起火 高能量密度不宜强推

导读: 欧阳明高表示,最近电动汽车事故非常引人关注。通过事故统计,近年来电动汽车自燃起火原因主要是碰撞后起火。

在9月20日下午举办的“全球新能源汽车创新大会”上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高作了题为《新能源汽车动力电池安全性》的演讲。

热失控致电动汽车起火 高比能量电池面临严峻安全挑战

欧阳明高表示,最近电动汽车事故非常引人关注。通过事故统计,近年来电动汽车自燃起火原因主要是碰撞后起火。以三元电池为主,其次是磷酸铁锂电池,电池类型以圆柱形电池为主,充电失火的事故占比比较大,由于发生事故的主要是前几年装的车,总体来看系统比能量并不是非常高。

他指出,电池热失控是起火事故主因。电池过热就会发生热失控,电池包温度不均匀、过充过放、外短路、内短路等都会引发过热,另外电池进水、密封不好、碰撞等也会引发过热。

欧阳明高表示,电动汽车起火的主体原因,还有产品质量问题。

首先,电池产品测试验证不足。有些企业盲目追求高比能量密度,缩短了测试验证时间;有时为缩短开发周期采用物理的改进方法,导致安全性能下降。第二是电池测试验证的手段不完善,不能反映实车的使用条件,大部分企业没有建立企业内部电池安全测试标准。第三是车辆使用在老化过程中可靠性降低。第四是充电过程中数据通讯不规范,BMS厂商和充电机厂商没有严格执行新颁布的国家标准。

欧阳明高表示,高比能量电池面临更严峻的安全技术挑战。根据我国新能源汽车动力电池比能量发展趋势,整个产业正向300瓦时/公斤的高比能量密度迈进,高镍三元811电池很快就会进入市场。

他表示,811电池跟622或者532电池相比,放热峰明显要高很多,表明811电池的热稳定性较差。高镍正极对全电池安全有较大的影响,硅炭负极对安全性能在初期影响不大,但是在循环衰减后影响比较大。

快充、BMS等技术研发或可减少热失控发生

他表示,清华大学专门设立电池安全实验室,并将热失控作为研究重点,包括热失控的诱因、发生机理和热蔓延。对高比能量电池的热失控控制,不仅靠材料本身,还要从系统层面来进行。

欧阳明高指出,一个电池单体热失控,所有电池包全部蔓延起来,就会引发起火事故。在主导传热的路径上加隔热材料,可以达到隔断热失控蔓延的效果。这种防火墙技术已经在中国倡导的国际电动汽车热失控蔓延的法规中得到采纳。

他指出,电池制造时均匀的极片在使用一段时间后,会产生折叠区域的破裂,容易发生局部的析锂,从而导致热失控。另外,制造过程中的杂质也会引起电池内部短路。

电池过充事故一般是微过充,是由于电池的不一致性导致的,充电过程中充电不均匀,导致局部微过充,在负极材料上析锂,导致短路。欧阳明高表示,研究人员开发了基于参比电极的无析锂快充技术,把负极的电位控制在零以上,这需要增加一个电极,即三电极。在三电极基础上,可以基于模型进行反馈和观察,这就是无析锂快充技术。

电池老化后不一致性会扩大,随着电池容量一致性变差,电池管理的精确性也会变差。另外,低温环境下的老化会严重影响电池的热稳定性,更容易导致热失控。

欧阳明高表示,防止热失控、保障电池系统安全性的核心,是研发先进的电池管理系统。目前,在电池管理系统方面,国内产品的功能不足、精度不够,尤其是安全功能不全,需要加大电池管理系统的研发力度。

全固态电池是未来方向

如何彻底解决电池安全性问题?欧阳明高认为,从长远看,要保障电池的绝对安全,就需要前瞻性的科学研究。锂离子动力电池高比能化是全世界范围的发展方向和趋势,不能因为有安全问题就不发展高比能量电池,关键是把握高比能量与安全性之间的平衡。

他指出,高镍三元锂离子动力电池本身的安全问题,其机理是正极会释放氧,可以通过界面的修饰来延缓正极释氧,提高稳定性。开发下一代的固态电解质,可以从根本上解决电解液燃烧的问题。

基于各国动力电池技术路线的比较,短期内是液态电解液的锂离子电池,下一步将会向固态电池方向发展。综合考虑电池成本和动力电池的发展方向,欧阳明高建议,短期采用液态电解质,发展高镍三元正极和硅炭负极,通过电池管理系统和热蔓延的抑制来防止安全事故发生。中长期,要从液态电解质电池逐步过渡到全固态电池,估计在2030年全固态电池将会得到产业化应用。

高能量目标不宜强行推行

欧阳明高表示,要力争解决动力电池本身安全问题,保障新能源汽车产业的健康发展,要正确看待近期新能源汽车起火事件。在政策方面,他建议:

第一,国家原有的产业化目标,即2020年电池单体能量密度达到350瓦时/公斤,系统260瓦时/公斤,循环寿命2000次,是偏高的,从安全角度考虑不宜强行推行。

第二,国家补贴政策要符合技术发展的规律,对电池能量密度的提升不宜过快,不宜更改过频。

第三,尽快推出电动汽车安全年检规范。同时,为了更好处理和分析电动汽车事故,最好有电动汽车黑匣子,同时电池包要留有消防安全接口。

最后,欧阳明高表示,安全是电池技术革命性突破的第一重点,也是纯电动汽车性能提升的第一关键。安全是电动汽车可持续发展的生命线,动力电池国家科技研发,要以安全为核心,全面提升现有锂离子动力电池系统安全技术,全力突破新型固态电池技术。

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