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“王炸”频频,锂离子beplayapp 体育下载 如何增“量”不增“危”

作者:来源:中国科学报时间:2020-11-04

[摘要]作为二次beplayapp 体育下载 “王者”的锂离子beplayapp 体育下载 ,为何频频“王炸”?中国科学院物理研究所研究员李泓在接受采访时说,“beplayapp 体育下载 从设计、生产到装车、运行、报废,任何环节出现问题都可能引起beplayapp 起火爆炸。”

11月2日,国务院办公厅印发《beplayapp 产业发展规划(2021~2035年)》,明确指出,到2035年,纯beplay娱乐 将成为新销售车辆的主流。


然而,近一个月以来,多起纯beplay娱乐 自燃事件,也让公众对其安全性产生质疑。


2020年10月27日,北京一辆威马beplay娱乐 自燃爆炸


不久前,一辆停放于北京市北四环附近的威马beplay娱乐 就在未充电的状态下突然爆炸,威马汽车回应称,初步调查系beplayapp 体育下载 问题。


作为二次beplayapp 体育下载 “王者”的锂离子beplayapp 体育下载 ,为何频频“王炸”?中国科学院物理研究所研究员李泓在接受采访时说,“beplayapp 体育下载 从设计、生产到装车、运行、报废,任何环节出现问题都可能引起beplayapp 起火爆炸。”


如何让beplayapp 体育下载 拥有更高能量密度的同时又更加安全?近日,《自然—能源》发布的一项研究成果引起了记者的注意——美国斯坦福大学教授崔屹团队设计出一种新型集流体,在热失控起火的情况下,嵌入的阻燃剂得以释放,从而有效阻止beplayapp 体育下载 继续燃烧,使锂离子beplayapp 体育下载 变得更安全。


不过,要想让锂离子beplayapp 体育下载 增“量”不增“危”,未来还有很多难题需要攻克。


能量密度增加为何难?


续航里程是beplayapp 之间较量的关键“砝码”,增加beplayapp 能量密度是缓解里程焦虑“痛点”的重要环节,然而增加beplayapp 能量密度并非易事。


崔屹团队研发出一种厚度约为9微米的轻型聚酰亚胺基集流体,用于替换现有的金属集流体。


这种新型集流体为三明治结构,中间层是嵌入阻燃剂的有机物支撑膜,外层是约500纳米厚的金属层。


研究表示,这种新型集流体面密度比目前最轻的铜箔的面密度还要低,采用这种新型集流体可以最多提高26%的beplayapp 体育下载 能量密度,并在热失控起火的情况下,释放阻燃剂,阻止beplayapp 体育下载 继续燃烧,降低beplayapp 体育下载 燃烧的危险性。


李泓解释称,beplayapp 体育下载 的理论能量密度由beplayapp 体育下载 的电压和单位质量或单位体积的beplayapp 体育下载 释放出的容量决定。


但是beplayapp 体育下载 除了提供能量的正极和负极材料,还包含保证beplayapp 体育下载 工作所需要的电解液、隔膜、集流体、外壳,而beplayapp 体育下载 包外壳和散热管等其他组件部分并不提供能量,因此beplayapp 体育下载 的实际能量密度还需要乘以活性物质的占比。


在李泓看来,提高beplayapp 能量密度主要有三种途径。一是提高beplayapp 体育下载 的工作电压,包括降低负极的电位和提高正极的电位。


“我们的研究证明,通过Ti/Mg/Al三元素痕量共掺杂,可以显著提升钴酸锂材料在4.6V高电压下的循环稳定性。”


二是提高beplayapp 体育下载 材料的比容量,例如负极从石墨到硅碳负极再到未来的含锂负极,正极从较低容量的磷酸铁锂迈向高镍层状正极材料,均旨在得到更高的beplayapp 体育下载 比容量。


此外,还可以通过降低beplayapp 体育下载 内部非活性物质的占比来提高beplayapp 能量密度。


然而,在李泓看来,“beplayapp 体育下载 技术发展至今,以上三种思路的技术发展均已深入到一定程度,对于现有的体系,进一步提高正极材料的电压和容量还面临着愈发严重的安全问题”。


他表示,在电芯层面上提高能量密度的主要难点是能量密度与安全性等其他指标的平衡,这需要材料层面的进一步创新,例如引入固态电解质等。


在系统层面,beplayapp 体育下载 依然有较大的创新空间以降低系统层级的非活性物质,提供系统的能量密度。


beplayapp 体育下载 安全为何失控


对于此次威马汽车爆炸事件,该公司在后续的召回公告中指出,本次召回范围内的车辆由于电芯供应商在生产过程中混入了杂质,导致beplayapp 体育下载 产生异常析锂。


极端情况下可能导致电芯短路,引发beplayapp 体育下载 热失控并产生起火风险,存在安全隐患。


值得关注的是,beplayapp 体育下载 供应商中兴高能技术有限公司则声称,当日自燃车辆搭载的并非高能技术的beplayapp 体育下载 。


“采用多个供应商的beplayapp 体育下载 ,需要充分模拟不同供应商提供产品的整个产品生命周期,采用完善的测试验证手段验证beplayapp 体育下载 、beplayapp 体育下载 组、beplayapp 体育下载 包等所有可能出现的失效行为,建立高于市场要求的企业标准才能在车企环节降低beplayapp 体育下载 起火的事故概率。”


李泓强调,“对于beplayapp 体育下载 供应商而言,高精度的生产制造和beplayapp 体育下载 的高一致性是避免beplayapp 体育下载 发生安全问题的重点。”


李泓进一步解释道,beplayapp 体育下载 单体发热、起火,甚至爆炸分为内因和外因。从内因来看,可能是由beplayapp 体育下载 设计和制造引起的自身缺陷,如极片边缘错位、隔膜存在瑕疵、涂布时极片上混入灰尘杂质等造成。


从外因来看,可能是由机械滥用、电滥用和热滥用造成。


此外,beplayapp 体育下载 发生热失控的现象也分为内部反应和外部反应。对于beplayapp 体育下载 内部反应,当beplayapp 体育下载 温度达到大约70摄氏度时,beplayapp 体育下载 内部的放热反应会使自身温度持续升高,如果在beplayapp 体育下载 自放热的早期没有使其冷却,那么beplayapp 体育下载 自身温度将会一直升高直至临界条件,进而发生热失控。


对于beplayapp 体育下载 热失控的外部反应,当beplayapp 体育下载 内部温度超过电解液溶剂的沸点时,会导致电解液的喷发,而喷射至外部的电解液极易燃烧,对于采用双溶剂的beplayapp 体育下载 ,会出现二次喷发的过程,即产生beplayapp 体育下载 火焰熄灭后的“复燃”现象。


“值得注意的是,beplayapp 体育下载 热失控、燃烧、爆炸是逐步递进的,beplayapp 体育下载 内部自放热的反应可直接发生热失控,但并不一定导致燃烧,燃烧由于外部的氧气参与。而爆炸则是需要在密闭的空间内短时间产生大量气体,其发生条件比燃烧更为苛刻。一般而言,电芯通过气阀的设计能够将beplayapp 体育下载 热失控产生的气体有效排除,避免发生爆炸。”李泓表示。


未来瓶颈如何破?


“实际上,锂离子beplayapp 体育下载 的性能指标包括质量能量密度、体积能量密度、循环性、充放电速率、高低温适应性、安全性等多种指标。”


在李泓看来,未来锂离子beplayapp 体育下载 的发展还需要在多方面“深耕”。


从基础科学角度,需要对beplayapp 体育下载 内的材料结构演化行为、体积与应力变化等机械行为、离子与电子的输运行为、beplayapp 体育下载 组分与材料之间的热稳定性和热行为、内部界面的化学电化学反应有更深层次的理解,需要多尺度、跨学科的交叉合作。


从技术研发角度,需要平衡现有体系的能量密度、安全性和寿命等多重指标,采用精准掺杂与包覆、预锂化、电解液添加剂等技术提高beplayapp 体育下载 的综合性能,加强系统层级的结构创新。


从工业制造角度,保证电芯高度一致性是beplayapp 体育下载 组安全的重要前提,企业要逐渐引入智能制造、数字化工厂等技术,让beplayapp 体育下载 制造达到更高的标准。


“科研工作者需要更深入地理解工业界对beplayapp 体育下载 的要求,在测试过程中,尽量使测试样品的准备和测试条件接近工业产品,从而提高研究成果的实用化价值。”李泓说。

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