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    锂离子竞技宝|授权网站频繁起火的..

    锂离子竞技宝|授权网站频繁起火的真相
    2019-07-22

    近日,由国家市场监管总局质量发展局和中国汽车工程学会共同主办的“新能源汽车安全与召回”主题峰会在博鳌召开。会议期间,就锂离子竞技宝|授权网站安全问题,清华大学教授邱新平发表了自己的一些看法、并提出了竞技宝|授权网站安全问题防范建议。

    锂离子竞技宝|授权网站于1990年研发成功,由于能量密度高,最初在摄像机上应用,后逐步扩大到笔记本电脑、手机、电动汽车及储能系统中。在这个过程中,多起不同程度的安全性事故接连发生。

    锂离子竞技宝|授权网站安全问题为何频发

    据不完全统计,2018年我国发生电动汽车起火事件40余起,包括多个品牌的乘用车和动力竞技宝|授权网站。2019年以来,尤其是进入四五月份,特斯拉、蔚来等车企发生多起起火事件,导致新能源汽车及动力竞技宝|授权网站安全备受质疑。

    锂离子竞技宝|授权网站安全问题为何频发?

    邱新平告诉《产品安全与召回》,这是由锂离子竞技宝|授权网站本身的特征来决定的。与其他体系的竞技宝|授权网站相比,比如铅酸竞技宝|授权网站、镍铝竞技宝|授权网站等,锂离子竞技宝|授权网站创新地采用了一些新的反应方式。主要表现在以下两个方面:

    首先,锂离子竞技宝|授权网站正极和负极采用了嵌入反应方式,与普通的化学反应如铅酸竞技宝|授权网站中铅变硫酸铅的反应不一样,嵌入反应过程中材料表面也就是界面的结构比较稳定,因此保证了锂离子竞技宝|授权网站的长寿命系统。

    其次,锂离子竞技宝|授权网站具有高能量密度的特性,高能量密度主要得益于两方面:一是高容量电极材料的使用;二是宽的电化学窗口电解质的使用(这里所指的主要是非水溶液体系电解质或者固体电解质),使得竞技宝|授权网站的电压大幅度提高。

    “现在的锂离子竞技宝|授权网站平均电压可以到3.7V以上,最高电压可以达到4.4V以上。这样的设计,与普通的水溶液电解质相比,锂离子竞技宝|授权网站中没有钳制反应。”邱新平指出,比如说,如果铅酸竞技宝|授权网站过充电,过充电以后多余的电可以把水分解,分解完之后,再用氢氧复合基质把多余的电能变成热能释放出来,“锂离子竞技宝|授权网站并没有这个机制,所以一旦过充电,就会带来很多安全问题。”

    热失控是竞技宝|授权网站正极跟电解质的燃烧反应

    邱新平指出,锂离子竞技宝|授权网站的特性决定了发展电动汽车要格外关注锂离子竞技宝|授权网站的安全性问题。业内在剖析电动汽车起火原因时,热失控被频繁提及。

    究竟什么是热失控?

    据邱新平解释,当竞技宝|授权网站的温度达到某一温度时,竞技宝|授权网站内部会发生剧烈的反应,产生大量的热,这种情况已经无法人为管控,就跟原子弹一样,到了某个极限就马上爆炸,业内把这种反应称为热失控反应。

    从原理上看,锂离子竞技宝|授权网站热失控的过程,主要是正极跟电解质的燃烧反应。“我们实验室拿钴酸锂做了一个简单的热力学计算发现,随着钴酸锂材料中的锂被不断地提取出来,也就是竞技宝|授权网站合成SOC的增加,钴酸锂分解的温度会不断地下降,自身就会发生析氧。而这种氧不会形成氧气,而是活泼的氧,这种活泼的氧会与电解质中的有机溶剂反应,从而产生大量的热,并且这个反应速度非常快,导致热失控。”邱新平进一步补充道。

    引发热失控的原因有两类

    竞技宝|授权网站产热是竞技宝|授权网站工作过程中的必然产物,如果竞技宝|授权网站的热释放即热扩散速度比产热速度要快,竞技宝|授权网站温度就不会上升,不会达到热失控温度。但往往有些时候,竞技宝|授权网站的散热性并不是很好。

    邱新平将引起热失控的原因分为两类。

    第一类是竞技宝|授权网站外部因素。如果竞技宝|授权网站所处的环境温度过高,竞技宝|授权网站散热不好,或者内部卷得不好,导致竞技宝|授权网站散热不通畅。此外,还有一种情况需要企业特别注意,就是竞技宝|授权网站脊柱有时候能把热引进去,竞技宝|授权网站的金属脊柱有铜的,有铝的,导热性都比较好,“电路中有某些高热源的元器件,一定要离竞技宝|授权网站脊柱远一些,让热量充分发挥。”邱新平补充。

    第二类是竞技宝|授权网站内部因素。一是微短路,微短路有两种情况,一种是竞技宝|授权网站工艺中的短路,包括毛刺;另一种是使用过程中的短路,这些都会引起微短路,导致竞技宝|授权网站局部温度高于热失控温度,从而产生热失控现象。

    二是竞技宝|授权网站过充电,过充以后会降低材料的热失控温度。“像竞技宝|授权网站在使用中后期的容量已经衰减了,这时候竞技宝|授权网站本身就已经处于过充状态,热失控温度自然会下降。”邱新平指出。

    三是电解质用量,如果用量过多,爆炸的危害性会很大,火焰喷得很高很远,所以要严格控制电解质用量。

    预防热失控要控制竞技宝|授权网站温度

    截至目前,电动汽车起火事故仍是少数,为何有的电动汽车安全运行,有的却危及驾乘人员安全?

    邱新平告诉《产品安全与召回》,触发热失控的温度与电极材料的种类、电解质的种类、竞技宝|授权网站的荷电状态等等都有很大关系。

    “比如,我们做三元材料热失控反应试验发现,当荷电状态60%的时候不会发生热失控反应;当荷电状态达到80%以上,包括100%时,这种热失控反应会很快发生,在温度比较低比如190度的情况下就可以发生;如果发生过充,荷电状态达到120%时,热失控会更容易发生。”

    预防热失控的核心在于把竞技宝|授权网站的温度控制在触发温度以下。“这里所指的温度,不止是竞技宝|授权网站的整体,包括局部地方,甚至某一个小点,所有地方都不能产生温度过高的问题。比如短路导致某个非常小的地方温度局部过高,也会引起热失控反应。”邱新平强调。

    竞技宝|授权网站的一致性决定竞技宝|授权网站组的安全性

    截至2019年6月,我国新能源汽车保有量达344万辆。尽管起火数量仍是少数,引发的安全危机却对产业健康可持续发展产生巨大影响。

    邱新平认为,在竞技宝|授权网站使用过程中,竞技宝|授权网站的一致性决定了竞技宝|授权网站组的安全性。

    锂离子竞技宝|授权网站由于没有前置性反应,在组合过程中,选竞技宝|授权网站必须要一致性。举例而言,竞技宝|授权网站组合串联以后,一个电流通过三个竞技宝|授权网站,必须保证每个竞技宝|授权网站都一样,通过的电流大小或容量都一样。“如果一个竞技宝|授权网站已经充满了,再充就是过充;或者放电时,如果一个竞技宝|授权网站已经到了放电下限,再放电竞技宝|授权网站就过放了。这样就会引起竞技宝|授权网站性能的偏差,容易引发热失控。”邱新平表示,竞技宝|授权网站一致性偏差越大,未来竞技宝|授权网站组的安全性就会越差。

    应加强对竞技宝|授权网站生命中后期的数据积累

    目前业内包括车企对新的锂离子竞技宝|授权网站,即刚出厂的竞技宝|授权网站的安全性认识得很清楚,积累做了大量的数据,也通过了各种各样的标准测试。

    邱新平告诉《产品安全与召回》:“目前我们面临这样一个问题,包括最近国内出现的这些烧车事故,都跟竞技宝|授权网站到了生命的中后期有关,问题在于,我们现在对竞技宝|授权网站生命中后期反应并没有太多的数据积累。”

    “我们实验室花了三年时间做竞技宝|授权网站循环测试,三年时间里在同样一个温度下循环,我们发现循环了3000次以后,竞技宝|授权网站的内阻变化很大,一百个竞技宝|授权网站之间可能相差很多,容量也变化很大。”

    如果这种变化出现在成组的竞技宝|授权网站上,热失控在所难免。“所以到目前为止,我个人的观点就是,需要加强对竞技宝|授权网站生命中后期的数据积累。安全本身不是一个从技术上或者从原理上不能克服的事情,安全是一个工程技术问题,只要有大量的基础数据积累,我们的工程技术人员就可以很好地开展工作。”邱新平强调。

    竞技宝|授权网站安全防范七点建议

    锂离子竞技宝|授权网站安全如何防范?邱新平提出以下建议:

    首先,开发出好的正极材料,提高其热失控温度,每提高10度,就能大大减少热失控发生的几率。

    第二,设计合理的结构,竞技宝|授权网站的散热要好。

    第三,保证竞技宝|授权网站一致性,加大使用过程中环境的控制等。

    第四,开发出更加稳定的电极材料,电解质材料,这是真正解决锂离子竞技宝|授权网站安全的根本。目前,这方面无论是国际还是国内都有一些很好的技术方案在运行。

    第五,要加强竞技宝|授权网站散热以及热管理范围的研究。有些企业可能怕热传递而做隔热,隔热过程中还有一个散热问题。

    第六,减少生产过程的竞技宝|授权网站内部缺陷,以减少竞技宝|授权网站发生安全事故的几率。

    “最后,要加强电子寿命中后期的竞技宝|授权网站管理和特性认识,解决竞技宝|授权网站在使用过程中产生的离散性大问题。如果这个问题解决了,会提高整组的总体安全性。”邱新平说道。



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