如何提升单体电芯的安全性能?
尽管锂电安全无法根治,但却是可控可防的,正确面对并积极探索一些新的安全性技术,将有利于促进电池技术进步,比如提高材料/界面热稳定性,开发单体自激发热保护技术,以及系统热扩展防范技术,就可以有效改善电池系统的安全性。以下为艾新平教授在电芯安全层面的研究,可供读者参考。
表面包覆。正极的热分解和它引起的析氧重要在于它和界面(电解液)的反应,于是我们可以在正极活性表面包覆热稳定的保护层。比如在高镍的正极表面包覆磷酸膜或者磷酸锂以后,可以减少高镍材料与电解液的直接接触,从而降低副反应的强度和产热。常见的包覆材料包括磷酸盐、氧化物、氟化物,也可以是一些聚合物。
构建浓度梯度。高镍正极的不安全,除了本身的热稳定性不好以外,更重要的是镍对电解液的氧化分解用途非常强,而材料本身的放热量并不是那么大,但是加上电解液以后,它的产热温度和产热量是急剧提高的,原因就是电解液的界面反应占了很大的部分。假如我们将高镍作为核,用一些低镍含量的材料作为壳,让它内外有一个浓度梯度,这样就有助于降低这个材料界面的反应活性,提高电池安全性。
防止热失控的诱发和蔓延才是工作重点
尽管艾新平教授介绍了多种提高单体电芯安全性的思路,但正如前文所提到的,我们始终无法从工艺上保证清除所有的安全隐患。与其在电芯的工艺层面做过多纠结,不如将工作重点放在系统层面,即防止单体发生热失控以后出现系统的功能障碍,甚至是灾难性事故。
我国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高也表示,当前锂离子电池从单体层面完全杜绝热失控是不太现实的,但我们可以从电池系统的热机电设计与控制设计来防止诱发和蔓延,即便单体出现热失控也不会发生事故