电池着火爆炸如何解决 - 知乎

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  在2020年的今天,新能源电动汽车的在快速发展的同时对锂离子电池的续航能力和安全性能提出了更高的要求。三元电池由于较高的理论比容量(282mAh/g),使得当下811系列高镍三元正极材料被认为是提高电池续航能力的有效途径之一。然而其本身特性决定其会在较低的温度下(190-280℃,对应磷酸铁锂的800℃以上)释放活性氧。活性氧会与电池内可燃物发生剧烈放热反应,从而使电池温度急剧升高,进一步引发一系列不可控的放热副反应,从而导致电池发生燃烧爆炸。尤其在2020年出现的电动汽车自燃事故,给新能源电动汽车的发展带来了巨大的挑战,对人民群众在汽车驾驶使用过程中造成生命威胁、增加心里负担;在电动汽车存量市场快速提升的前提下对应安全事故在可遇见的将来会更加频繁;电动汽车起火事件频发 BCT等行业龙头“放大招”

  针对这个问题,我们从 1、电池材料本身、2、电池结构设计、3、离子通道(能量过滤器)三个纬度来阐述安全事故是如何出现,对应指导我们在今后工作、生活中如何来有效处理电动汽车着火、爆炸隐患;

  (对应行业内电池制造厂家安全解决之道也全部从这三个纬度来展开,尤其是电池设计——隔离膜改造层面来做提升)

  高镍材料三元电池如前主流配比已经是8:1:1,目前已经有厂商向9:1:0发起挑战,也就意味着在未来三年内高镍方向是电池的主流,对应依靠降低能量密度方向来提升安全性可能性极低,不可能退回到622甚至523时代,这点我们从未来三年对应电池厂投产计划也能看出来——在2024年前行业内还是在主打811系列三元电池;投产超1370亿元!全球26起动力电池投扩产规模明显加大-国际新能源网

  宁德时代2月26日,宁德时代发布公告称计划总投资不超过100亿元建设宁德车里湾锂电池生产基地项目,新增锂电池年产能约16GWh。同时宁德时代拟非公开发行股票募集资金总额不超过200亿,主要用于湖西锂离子电池扩建项目、江苏时代动力及储能锂离子电池研发与生产项目(三期)、四川时代动力电池项目一期等。其中湖西锂电池项目规划新增产能约16GWh,建设期3年;江苏时代三期规划新增产能约24GWh,建设期3年;四川时代一期规划新增产能约12GWh,建设期2年。

  中航锂电11月19日,中航锂电A6项目获银团25亿元资金支持。A6厦门项目总投资100亿元,规划总产能20GWh,一期(A6项目)计划2020年第四季度投产。

  国轩高科5月底国轩高科披露的非公开发行A股股票预案,拟募资总额不超过73.06亿元,将用于国轩电池年产16GWh高比能动力锂电池产业化项目、国轩材料年产30000吨高镍三元正极材料项目以及补充流动资金。7月20日,柳州国轩电池年产10GWh动力电池生产基地正式奠基,未来重点向上汽通用五菱多车型平台提供适配动力电池系统。

  蜂巢能源11月17日,蜂巢能源宣布在德国萨尔州建立其欧洲电池工厂。项目总投资20亿欧元(约合人民币155亿元)将建设一座年产能24GWh的电芯工厂和PACK工厂,分别于2023年底和2022年中建成投产。蜂巢能源计划到2025年在全球范围内建成100GWh的电池产能,总投资预计达80亿欧元(约合人民币622亿元)。

  比亚迪6月,作为刀片电池重要生产基地的重庆工厂投产,计划今年年底建成8条产线,最终实现20GWh的产能目标。10月15日,弗迪电池宁乡动力电池生产基地首条刀片电池生产线投产,项目总投资约100亿元,设计动力电池年产能20GWh,其中一期计划投资50亿元,建成后预计年销售收入约100亿元。

  亿纬锂能4月,亿纬锂能高性能锂动力电池项目在荆门开工,项目计划总投资25亿元,是亿纬锂能在荆门布局的第四个厂区、第六期新能源动力电池项目。该项目建成后,湖北亿纬动力年产能可达21.5GWh以上。

  瑞浦能源10月9日,瑞浦能源温州制造基地二期年产8GWh动力与储能锂离子电池与系统项目开工建设。项目计划投资15亿元,预计将于2021年下半年建成投产。据瑞浦能源介绍,目前瑞浦能源温州制造基地现有产能6GWh,二期项目建成投产明年下半年瑞浦能源将具备14GWh动力电池产能。

  鹏辉能源10月22日,鹏辉能源位于驻马店“绿色动力电池生产项目”开工。项目总投资20亿元,设计建设两条锂离子电池生产线,年产能4GWh。项目以方形磷酸铁锂产品为主,主要应用于储能和动力电池领域。项目投产后,公司驻马店基地产能将达到7GWh。11月,鹏辉能源拟发行股票募资8.9亿元,其中6.4亿将全部投入常州锂离子电池及系统智能工厂(一期)建设项目。常州锂离子电池及系统智能工厂(一期)建设项目投资总额将高达10亿元,设计产能为2GWh/年。

  时代吉利&时代一汽10月15日,吉利与宁德时代合作打造的时代吉利年产12GWh动力电池宜宾项目正式开工。该项目由宁德时代与吉利的合资公司时代吉利投资建设,项目总投资80亿元,占地500亩,计划2022年投产,产品将主要配套吉利、领克等品牌旗下新能源车型。9月27日,时代一汽正式投产,项目总投资60亿元,分两期建设,产品将主要配套“红旗”FME平台全系车型及一汽大众MEB平台车型。

  。。。。。。。28个项目、总投资超2300亿、上半年全国锂电企业投产汇总-国际新能源网

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  如上图所示,电池典型设计结构为负极——隔膜——正极,在正负极配比不能改变的前提下,如果将中间的隔离膜变更(变更成难燃烧、不能材料)是否可行呢?

  答案是可行的,这也是液态电池体系下最稳妥、最直接的解决方式,最本质的解决方式;

  比模组级、Pack级、车规级阻燃方案更有效和直接;设计了一种兼顾高耐热性和阻燃功能的双功能隔膜材料。可以有效防止电池在高温下发生内短路时阻燃。阻燃涂层(材料)在高温下分解生成某种保护层将正极释放的活性氧与电池内可燃物隔离,同时将电池内的易燃物碳化,形成不易燃的焦炭层,从而将剧烈的燃烧放热反应转化为温和的逐步放热反应。此种隔膜的电池可以轻松通过燃烧测试、高温测试、针刺实验及绝热加速量热测试的极端苛刻条件,也就是2020年行业内电池制造龙头企业宣传的“只冒烟,不起火”电池。只冒烟不起火!欣旺达即将发布电池热管理安全技术-贤集网宁德时代曾毓群:已开发出不起火只冒烟的电池产品专治自燃!果冻电池+热阻隔电池包,蜂巢能源电池日亮点一览

  未完待续。。。图片来源网络

  如上图所示为液体电池典型结构正极、负极、隔膜、电解液,这四大件再配合其他的辅材及结构,组成了一个封闭的化学反应容器。正负离子通过桥梁(电解液)游在正极、负极之间传送,达到存储能量(充电)和释放能量(放电、用电)的目的。和电容器之类的装置直接存储电子不同,锂离子电池是通过化学反应来存储和释放能量。正负离子通过开关(中间隔离膜)来行成通路,此时通路(隔离膜)若失控着火,则电解质迅速被引燃爆炸(密闭空间聚集超量爆炸物质),那对应解决方案是不是可以将电解液变更为不燃烧(难燃烧)的物质呢?

  思路也是对的,这也是固态电池相对当下液体电池的核心优势之一

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  全固态电池把电解液换成了固态电解质,液态电解质在承载超过4-5伏的时候,电解液就会氧化分解,电池不稳定并有安全风险,而固态电解质的电化学稳定窗口可达5伏以上。这意味着可以做大电芯的同时已经改变现有的正负极材料体系。这也是丰田正在激进地“押宝”全固态电池。因为固态电池的到来将会埋葬掉燃油车产业、颠覆目前液态电池产业(全球上万亿产业链投资)。现在新能源车电池组将很多电芯通过外部串并联做成电池组,然后再做电池包。如果在电芯内部直接做串并联,单颗电芯的额定电压可从7.4伏(2串)到60伏(15串),如此可以省掉外部串联空间——也就是未来模组Pack的方向是大串联、小并联;

  1、大部分的起火事故发生原因是锂电池的热失控,而大多数的热失控是由短路引发的。正负极是热失控的“导火索”。液态电解质是有机的,这些碳酸酯类易挥发的小分子有机溶剂很容易发生燃烧,因此成了“燃料库”,它只需要一粒“火花”就会出现热失控。

  2、看起来全固态电池可完美地解决目前电池安全问题并可以将目前存储能量上升一个几何级别;那这么好的方案为何还没有落地,问题出在哪里......

  3、液态电池量产投资高峰在2023;2023年是电池制造能否进入固态领域的分水岭、也是全球电动汽车行业二次变化的分水岭,当前行业头部厂家如跟不上技术节奏、技术路线预判失误可能面临重新洗牌

  未完待续。。。。。。

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