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在儲(chǔ)能和動(dòng)力兩大鋰離子電池主要應(yīng)用領(lǐng)域目前都處于發(fā)展初期的情況下，安全無(wú)疑成為最需要全力解決的首要問(wèn)題。
動(dòng)力、儲(chǔ)能火災(zāi)事故敲響安全警鐘
中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2019年1－4月，我國(guó)新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量36．76萬(wàn)輛，銷(xiāo)售36萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)58．47％和59．79％；其中，純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成28．6萬(wàn)輛和27．8萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)66．1％和65．2％。在以純電動(dòng)汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量直線(xiàn)飆升的同時(shí)，越來(lái)越多的新能源汽車(chē)起火爆炸事故也時(shí)常見(jiàn)諸報(bào)端，其中不乏特斯拉、蔚來(lái)、比亞迪、奔馳、北汽新能源這樣的知名電動(dòng)汽車(chē)品牌。盡管電動(dòng)汽車(chē)起火事故主責(zé)的板子不能獨(dú)獨(dú)打在動(dòng)力電池身上，但動(dòng)力電池安全性正受到越來(lái)越多的關(guān)注。
電池的另一應(yīng)用場(chǎng)景電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，近幾年也迎來(lái)大規(guī)模發(fā)展。2018年國(guó)內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量已經(jīng)突破“GW”，電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模化效益也將在未來(lái)2－3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。然而，2018年韓國(guó)儲(chǔ)能電站多起火災(zāi)事故，卻給正在發(fā)展中的中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能敲響警鐘。據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)俞振華介紹，由于此前安全事故頻發(fā)，目前國(guó)內(nèi)很多電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，部分項(xiàng)目甚至?xí)和＿M(jìn)行消防安全整改。同樣，儲(chǔ)能電站的消防安全事故的起因也并非全部來(lái)自電池，但電池?zé)o疑是導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生的重要推手之一。
材料出發(fā)，解決電池安全短板
無(wú)論是電池，還是新能源汽車(chē)或是儲(chǔ)能領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為，電池應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)的安全問(wèn)題，并不只是電芯本身的問(wèn)題，而是包括從電芯化學(xué)體系的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過(guò)程中的一致性，電芯全生命周期管理，到配套BMS設(shè)計(jì)與實(shí)施，電芯、電池包連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甚至包括應(yīng)用中的消防安全措施等的一系列問(wèn)題。總而言之，安全是個(gè)系統(tǒng)性的工程，應(yīng)用中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都可能成為系統(tǒng)安全的短板。
在電芯的化學(xué)體系設(shè)計(jì)層面，上海交通大學(xué)教授陳立桅曾透露，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在研究一種高安全性三元正極添加劑材料，該材料可以使三元軟包電池在進(jìn)行針刺試驗(yàn)后，仍可正常放電，確保了電池的安全性。類(lèi)似的材料摻雜實(shí)驗(yàn)也正在多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室中不斷進(jìn)行，其目的就是為了找到可以確保電池高安全性的材料，讓高能量密度電池也能兼具高安全性。
國(guó)內(nèi)正極材料生產(chǎn)商德方納米曾表示，該公司研發(fā)的納米級(jí)磷酸鐵鋰材料配合碳納米管導(dǎo)電液，使材料的各項(xiàng)性能特別是安全性大幅提高，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量供貨。從事隔膜研發(fā)和生產(chǎn)的美國(guó)Celgard公司的一項(xiàng)研究表明，在負(fù)極部分增加陶瓷涂層，可以抑制負(fù)極內(nèi)部的熱量傳播，從而減少熱失控的產(chǎn)生，有效確保電池安全。而在電解液制造方面，在已有電解液中添加阻燃劑，或者研發(fā)更高安全性電解液材料，也同樣可以降低電芯的安全事故風(fēng)險(xiǎn)。
新電池設(shè)計(jì)，發(fā)力電池安全
采用全新材料的電池體系，同樣可以成為提高電池安全性的有效途徑。
圖為安力能源在“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019”上的展位
在日前閉幕的“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019上”，超威集團(tuán)旗下安力能源展出了近期剛剛投產(chǎn)的鈉鎳電池產(chǎn)品。據(jù)了解，該電池主要由固體鎳和氯化鈉顆粒及陶瓷管構(gòu)成，反應(yīng)溫度為260－300攝氏度，整個(gè)過(guò)程中不存在易燃易爆物質(zhì)。即使陶瓷管發(fā)生破裂，反應(yīng)生成的單體鈉也會(huì)率先與熔融狀態(tài)的四氯鋁酸鈉結(jié)合，不會(huì)與空氣接觸。因此該電池的安全性極佳。和鋰離子電池相比，這款鈉鎳電池兼具的低成本和高性能讓它更適用于大規(guī)模儲(chǔ)能。
圖為遼寧星空鈉電在“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019”上展示的鈉離子電池樣品
與安力能源的鈉鎳電池類(lèi)似，遼寧星空鈉電也在上述展會(huì)上展示了最新的鈉電池產(chǎn)品。據(jù)星空鈉電展位負(fù)責(zé)人介紹，這款電池的正負(fù)極材料、隔膜和電解液等均為自主研發(fā)的高安全性材料。在進(jìn)行軟包疊片工藝生產(chǎn)后，該電池在90攝氏度的高溫情況下不會(huì)出現(xiàn)熱失控，對(duì)標(biāo)鋰離子電池所進(jìn)行的穿刺、擠壓、高空下落等試驗(yàn)后，電池仍不會(huì)起火爆炸。
近幾年，鈉離子電池以高安全性和低成本正逐漸走進(jìn)人們的視野，而固態(tài)電池也是目前解決鋰離子電池安全問(wèn)題的有效且呼聲最高的途徑之一。2018年7月，由珈偉股份研發(fā)生產(chǎn)的08116337－CO－36Ah類(lèi)固態(tài)軟包三元材料動(dòng)力鋰離子蓄電池通過(guò)國(guó)家機(jī)動(dòng)車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)制性檢驗(yàn)，其配套車(chē)輛也在當(dāng)年10月的第313批《道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》中現(xiàn)身。
系統(tǒng)發(fā)力，降低安全事故隱患
業(yè)界一直強(qiáng)調(diào)“安全是系統(tǒng)工程”，這個(gè)系統(tǒng)就不單單指電池系統(tǒng)，而是新能源整車(chē)、儲(chǔ)能電站這類(lèi)的綜合系統(tǒng)。近些年，從系統(tǒng)層面解決安全問(wèn)題的研發(fā)和應(yīng)用，也并不少見(jiàn)。
圖為山東博一新能源在“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019”上的展位
無(wú)論是在新能源汽車(chē)電池箱，還是在儲(chǔ)能箱、柜中，電池通常處于較為密閉的空間中，這對(duì)電池散熱會(huì)造成不利影響，一旦熱量聚集，就很可能因局部過(guò)熱發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)。在上述展會(huì)上，山東博一新能源展示了用于電池模組散熱的全新電池包熱管理技術(shù)。該技術(shù)核心采用超導(dǎo)熱材料，將電池模組內(nèi)部的熱量迅速導(dǎo)出，從而確保整個(gè)模組保持較低溫度。
特斯拉Model 3也采用了不同以往的安全性設(shè)計(jì)，電池箱體去除了頂板，一旦箱體內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，因?yàn)闆](méi)有壓力，從而減少爆炸造成的傷害。此外線(xiàn)路焊接頭全部朝向地面，萬(wàn)一有可燃?xì)怏w噴射，也可以確保不噴向兩側(cè)和上面。
一旦發(fā)生火災(zāi)，及時(shí)滅火也非常有必要，這也就需要電池應(yīng)用場(chǎng)景中特別是儲(chǔ)能領(lǐng)域，要有相應(yīng)的阻燃和消防措施。據(jù)中國(guó)電科院資深科學(xué)家來(lái)小康介紹，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行儲(chǔ)能PACK箱體阻燃材料的研究，目的是一旦一個(gè)箱體發(fā)生火災(zāi)，確保不會(huì)危及附近的其他箱體。
圖為煙臺(tái)創(chuàng)為新能源基于“鋰離子電池?zé)崾Э啬Ｐ?rdquo;研發(fā)的傳感器
煙臺(tái)創(chuàng)為新能源自主研發(fā)的“鋰離子電池?zé)崾Э啬Ｐ?rdquo;及自動(dòng)滅火技術(shù)，通過(guò)在箱體內(nèi)及周?chē)O(shè)置多個(gè)傳感器，判斷電池箱熱失控情況，在熱失控早期進(jìn)行報(bào)警，防患于未然。值得注意的是，即使是早期的可燃?xì)怏w泄露，該系統(tǒng)也可以進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警，切實(shí)保證了電池系統(tǒng)的安全性。
盡管安全問(wèn)題為新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展敲響了警鐘，但防微杜漸要好于止步不前，隨著相關(guān)安全問(wèn)題解決技術(shù)與方法的不斷提升和推出，電池應(yīng)用的安全風(fēng)險(xiǎn)也將會(huì)不斷降低。
動(dòng)力、儲(chǔ)能火災(zāi)事故敲響安全警鐘
中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2019年1－4月，我國(guó)新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量36．76萬(wàn)輛，銷(xiāo)售36萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)58．47％和59．79％；其中，純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成28．6萬(wàn)輛和27．8萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)66．1％和65．2％。在以純電動(dòng)汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量直線(xiàn)飆升的同時(shí)，越來(lái)越多的新能源汽車(chē)起火爆炸事故也時(shí)常見(jiàn)諸報(bào)端，其中不乏特斯拉、蔚來(lái)、比亞迪、奔馳、北汽新能源這樣的知名電動(dòng)汽車(chē)品牌。盡管電動(dòng)汽車(chē)起火事故主責(zé)的板子不能獨(dú)獨(dú)打在動(dòng)力電池身上，但動(dòng)力電池安全性正受到越來(lái)越多的關(guān)注。
電池的另一應(yīng)用場(chǎng)景電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，近幾年也迎來(lái)大規(guī)模發(fā)展。2018年國(guó)內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量已經(jīng)突破“GW”，電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)模化效益也將在未來(lái)2－3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。然而，2018年韓國(guó)儲(chǔ)能電站多起火災(zāi)事故，卻給正在發(fā)展中的中國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能敲響警鐘。據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長(zhǎng)俞振華介紹，由于此前安全事故頻發(fā)，目前國(guó)內(nèi)很多電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，部分項(xiàng)目甚至?xí)和＿M(jìn)行消防安全整改。同樣，儲(chǔ)能電站的消防安全事故的起因也并非全部來(lái)自電池，但電池?zé)o疑是導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生的重要推手之一。
材料出發(fā)，解決電池安全短板
無(wú)論是電池，還是新能源汽車(chē)或是儲(chǔ)能領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為，電池應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)的安全問(wèn)題，并不只是電芯本身的問(wèn)題，而是包括從電芯化學(xué)體系的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過(guò)程中的一致性，電芯全生命周期管理，到配套BMS設(shè)計(jì)與實(shí)施，電芯、電池包連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甚至包括應(yīng)用中的消防安全措施等的一系列問(wèn)題。總而言之，安全是個(gè)系統(tǒng)性的工程，應(yīng)用中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都可能成為系統(tǒng)安全的短板。
在電芯的化學(xué)體系設(shè)計(jì)層面，上海交通大學(xué)教授陳立桅曾透露，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在研究一種高安全性三元正極添加劑材料，該材料可以使三元軟包電池在進(jìn)行針刺試驗(yàn)后，仍可正常放電，確保了電池的安全性。類(lèi)似的材料摻雜實(shí)驗(yàn)也正在多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室中不斷進(jìn)行，其目的就是為了找到可以確保電池高安全性的材料，讓高能量密度電池也能兼具高安全性。
國(guó)內(nèi)正極材料生產(chǎn)商德方納米曾表示，該公司研發(fā)的納米級(jí)磷酸鐵鋰材料配合碳納米管導(dǎo)電液，使材料的各項(xiàng)性能特別是安全性大幅提高，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量供貨。從事隔膜研發(fā)和生產(chǎn)的美國(guó)Celgard公司的一項(xiàng)研究表明，在負(fù)極部分增加陶瓷涂層，可以抑制負(fù)極內(nèi)部的熱量傳播，從而減少熱失控的產(chǎn)生，有效確保電池安全。而在電解液制造方面，在已有電解液中添加阻燃劑，或者研發(fā)更高安全性電解液材料，也同樣可以降低電芯的安全事故風(fēng)險(xiǎn)。
新電池設(shè)計(jì)，發(fā)力電池安全
采用全新材料的電池體系，同樣可以成為提高電池安全性的有效途徑。
圖為安力能源在“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019”上的展位
在日前閉幕的“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019上”，超威集團(tuán)旗下安力能源展出了近期剛剛投產(chǎn)的鈉鎳電池產(chǎn)品。據(jù)了解，該電池主要由固體鎳和氯化鈉顆粒及陶瓷管構(gòu)成，反應(yīng)溫度為260－300攝氏度，整個(gè)過(guò)程中不存在易燃易爆物質(zhì)。即使陶瓷管發(fā)生破裂，反應(yīng)生成的單體鈉也會(huì)率先與熔融狀態(tài)的四氯鋁酸鈉結(jié)合，不會(huì)與空氣接觸。因此該電池的安全性極佳。和鋰離子電池相比，這款鈉鎳電池兼具的低成本和高性能讓它更適用于大規(guī)模儲(chǔ)能。
圖為遼寧星空鈉電在“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019”上展示的鈉離子電池樣品
與安力能源的鈉鎳電池類(lèi)似，遼寧星空鈉電也在上述展會(huì)上展示了最新的鈉電池產(chǎn)品。據(jù)星空鈉電展位負(fù)責(zé)人介紹，這款電池的正負(fù)極材料、隔膜和電解液等均為自主研發(fā)的高安全性材料。在進(jìn)行軟包疊片工藝生產(chǎn)后，該電池在90攝氏度的高溫情況下不會(huì)出現(xiàn)熱失控，對(duì)標(biāo)鋰離子電池所進(jìn)行的穿刺、擠壓、高空下落等試驗(yàn)后，電池仍不會(huì)起火爆炸。
近幾年，鈉離子電池以高安全性和低成本正逐漸走進(jìn)人們的視野，而固態(tài)電池也是目前解決鋰離子電池安全問(wèn)題的有效且呼聲最高的途徑之一。2018年7月，由珈偉股份研發(fā)生產(chǎn)的08116337－CO－36Ah類(lèi)固態(tài)軟包三元材料動(dòng)力鋰離子蓄電池通過(guò)國(guó)家機(jī)動(dòng)車(chē)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)制性檢驗(yàn)，其配套車(chē)輛也在當(dāng)年10月的第313批《道路機(jī)動(dòng)車(chē)輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》中現(xiàn)身。
系統(tǒng)發(fā)力，降低安全事故隱患
業(yè)界一直強(qiáng)調(diào)“安全是系統(tǒng)工程”，這個(gè)系統(tǒng)就不單單指電池系統(tǒng)，而是新能源整車(chē)、儲(chǔ)能電站這類(lèi)的綜合系統(tǒng)。近些年，從系統(tǒng)層面解決安全問(wèn)題的研發(fā)和應(yīng)用，也并不少見(jiàn)。
圖為山東博一新能源在“儲(chǔ)能?chē)?guó)際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019”上的展位
無(wú)論是在新能源汽車(chē)電池箱，還是在儲(chǔ)能箱、柜中，電池通常處于較為密閉的空間中，這對(duì)電池散熱會(huì)造成不利影響，一旦熱量聚集，就很可能因局部過(guò)熱發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)。在上述展會(huì)上，山東博一新能源展示了用于電池模組散熱的全新電池包熱管理技術(shù)。該技術(shù)核心采用超導(dǎo)熱材料，將電池模組內(nèi)部的熱量迅速導(dǎo)出，從而確保整個(gè)模組保持較低溫度。
特斯拉Model 3也采用了不同以往的安全性設(shè)計(jì)，電池箱體去除了頂板，一旦箱體內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，因?yàn)闆](méi)有壓力，從而減少爆炸造成的傷害。此外線(xiàn)路焊接頭全部朝向地面，萬(wàn)一有可燃?xì)怏w噴射，也可以確保不噴向兩側(cè)和上面。
一旦發(fā)生火災(zāi)，及時(shí)滅火也非常有必要，這也就需要電池應(yīng)用場(chǎng)景中特別是儲(chǔ)能領(lǐng)域，要有相應(yīng)的阻燃和消防措施。據(jù)中國(guó)電科院資深科學(xué)家來(lái)小康介紹，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行儲(chǔ)能PACK箱體阻燃材料的研究，目的是一旦一個(gè)箱體發(fā)生火災(zāi)，確保不會(huì)危及附近的其他箱體。
圖為煙臺(tái)創(chuàng)為新能源基于“鋰離子電池?zé)崾Э啬Ｐ?rdquo;研發(fā)的傳感器
煙臺(tái)創(chuàng)為新能源自主研發(fā)的“鋰離子電池?zé)崾Э啬Ｐ?rdquo;及自動(dòng)滅火技術(shù)，通過(guò)在箱體內(nèi)及周?chē)O(shè)置多個(gè)傳感器，判斷電池箱熱失控情況，在熱失控早期進(jìn)行報(bào)警，防患于未然。值得注意的是，即使是早期的可燃?xì)怏w泄露，該系統(tǒng)也可以進(jìn)行檢測(cè)并報(bào)警，切實(shí)保證了電池系統(tǒng)的安全性。
盡管安全問(wèn)題為新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展敲響了警鐘，但防微杜漸要好于止步不前，隨著相關(guān)安全問(wèn)題解決技術(shù)與方法的不斷提升和推出，電池應(yīng)用的安全風(fēng)險(xiǎn)也將會(huì)不斷降低。
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