锂离子电池电动汽车该如何防爆?

2021-05-14      910 次浏览

锂离子电池在现代生活中扮演的角色越来越重要,从智能手机再到电动汽车,处处可见锂离子电池的身影,尤其是锂离子电池中不含金属态的锂,可以实现充电功能,因而成为电池商用的主流,但其能量密度和安全性急需提升,那么锂离子电池如何分类?锂离子电池有着什么优势?锂离子电池电动汽车如何防爆?


1、锂离子电池如何分类?


锂离子电池大致分为锂离子电池和锂金属电池,其中锂金属电池最早由GilbertN.Lewis在1912年提出并研究,但由于锂金属化学特性非常活泼,使得锂金属制作及使用对环境要求很高,如容易引发爆炸等安全事故,因而锂金属电池很难被商业应用。


锂离子电池则是到1970年才有埃克森发明制作,由于锂离子电池制作材料可多样化、得以降低制作成本,同时经过多年的安全测试,终于在1991由索尼公司推出首款商用锂离子电池,由此革新了消费电子产品的面貌,并逐步应用到储能电源系统、邮电通讯的不间断电源、电动工具、特种装备、特种航天等新兴领域,尤其是电动汽车领域最为大家所熟悉。


2、锂离子电池技术原理是怎么样的?


锂离子电池是一种由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池,其中锂金属电池是使用二氧化锰为正极材料,金属锂或锂合金为负极材料,使用非水电解质溶液的电池,其放电反应公式为Li+MnO2=LiMnO2;


锂离子电池则是使用锂合金基金属氧化物为正极材料,石墨为负极材料,使用非水电解质溶液的电池,其充电时正极反应公式为LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电子),充电时负极反应公式为6C+XLi++Xe-=LixC6,充电电池总反应公式为LiCoO2+6C=Li(1-x)CoO2+LixC6;


锂离子电池制作成本重要来自于正极材料、负极材料、隔膜以及电解液四个部分,其中正极材料成本达到了30%,具体如下图所示:


3、锂离子电池优势有什么?


锂离子电池得到广阔的商业应用,源自电池性能好、环境适应性高和绿色环保等因素,其中电池性能好体现在高储能密度,约为铅酸电池的6倍,而其重量却只为铅酸电池的6分之一,且电池循环寿命可达6年以上;其环境适应性高体现在高功率承受力、耐低温适应强和自放电概率低,这就极大的延展电池使用范围和使用领域;其绿色环保则体现在锂离子电池生产、使用报废过程中,不含有也不出现任何铅、汞、镉等有害金属元素和物质;


4、锂离子电池电动汽车如何防爆?


锂离子电池的潜在问题体现在制作成本高昂,高温易爆炸以及充电使用便捷性三个方面,因此,锂离子电池在电动汽车领域应用,必须着眼于解决这些技术难题。


首先,通过全固态锂离子电池技术、不燃烧电池技术、电池防护装置技术的研究,解决锂离子电池高温易爆的问题;其次,通过研发及应用高能量密度电池材料,来降低电池制作成本,如硅、石墨、石墨烯基、石墨烯、复合金属锂电极、无钴高电压、铝石墨双离子电池等;最后,通过锂空气电池和锂氧电池的研究,解决锂离子电池充电便捷性的问题。最成功的锂离子体系之一是镍锰钴(NMC)的阴极组合。与锰酸锂类似,这个体系可以定制用作能量电池或功率电池。例如,中等负载条件下的18650电池中的NMC具有约2,800mAh的容量并且可以供应4A至5A放电电流;同一类型的NMC在针对特定功率进行优化时,容量仅为2,000mAh,但可供应20A的持续放电电流。硅基阳极将达到4000mAh以上,但负载能力降低,循环寿命缩短。添加到石墨中的硅具有缺陷,即阳极随着充电和放电而膨胀和收缩,使得电池机械应力大结构不稳定。


NMC的秘密在于镍和锰的结合。与此类似的是食盐,其中重要成分钠和氯化物本身是有毒的,但将它们混合起来作为调味盐和食品保存剂。镍以其高比能量而闻名,但稳定性差;锰尖晶石结构可以实现低内阻但比能量低。两种活性金属优势互补。NMC是电动工具,电动自行车和其他电动动力系统的首选电池。阴极组合通常是三分之一镍,三分之一锰和三分之一钴,也被称为1-1-1。这供应了一种独特的混合物,由于钴含量降低,也降低了原材料成本。另一个成功的组合是NCM,其中含有5份镍,3份钴和2份锰(5-3-2)。也可以使用其他不同量的阴极材料组合。由于钴的高成本,电池制造商从钴系转向镍阴极。镍基系统比钴基电池具有更高的能量密度,更低的成本和更长的循环寿命,但是它们的电压略低。新型电解质和添加剂可以使单只电池充电至4.4V以上,从而提高电量。

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