電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
在儲能和動力兩大鋰電池主要使用范疇目前都處于發展初期的情況下，安全無疑成為最需要全力處理的首要問題。
動力、儲能火災事故敲響安全警鐘
中國汽車工業協會數據顯示，2019年1－4月，我國新能源汽車實現產量36．76萬輛，銷售36萬輛，同比分別增長58．47％和59．79％；其中，純電動車產銷分別完成28．6萬輛和27．8萬輛，同比分別增長66．1％和65．2％。在以純電動車為代表的新能源汽車產銷量直線飆升的同時，越來越多的新能源汽車起火爆炸事故也時常見諸報端，其中不乏特斯拉、蔚來、比亞迪、奔馳、北汽新能源這樣的知名電動車品牌。盡管電動車起火事故主責的板子不能獨獨打在動力電池身上，但動力電池安全性正受到越來越多的關注。
電池的另一使用場景電化學儲能范疇，近幾年也迎來大規模發展。2018年國內電化學儲能裝機量已經沖破GW，電化學儲能規模化效益也將在將來2－3年內實現。然而，2018年韓國儲能電站多起火災事故，卻給正在發展中的中國電化學儲能敲響警鐘。據中關村儲能產業技術聯盟常務副理事長俞振華解析，由于此前安全事故頻發，目前國內很多電化學儲能項目進展緩慢，部分項目甚至暫停進行消防安全整改。同樣，儲能電站的消防安全事故的起因也并非全部來自電池，但電池無疑是導致火災事故發生的緊要推手之一。
材料出發，處理電池安全短板
無論是電池，還是新能源汽車或是儲能范疇的業內人士均認為，電池使用范疇出現的安全問題，并不只是電芯本身的問題，而是包括從電芯化學體系的設計，加工過程中的一致性，電芯全生命周期管理，到配套BMS設計與實行，電芯、電池組連接結構設計，甚至包括使用中的消防安全措施等的一系列問題。總而言之，安全是個系統性的工程，使用中的任何一個環節，都可能成為系統安全的短板。
在電芯的化學體系設計層面，上海交通大學教授陳立桅曾透露，他率領的團隊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行針刺實驗后，仍可正常放電，確保了電池的安全性。類似的材料摻雜試驗也正在多家科研機構和企業的試驗室中不斷進行，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。
國內正極材料加工商德方納米曾表示，該公司研發的納米級磷酸鐵鋰材料配合碳納米管導電液，使材料的各項性能特別是安全性大幅提高，并已經實現批量供貨。從事隔膜研發和加工的美國Celgard公司的一項研究聲明，在負極部分增加陶瓷涂層，可以抑制負極內部的熱量傳播，從而減少熱失控的萌生，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險。
新電池設計，發力電池安全
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。
在日前閉幕的儲能國際峰會暨展覽會2019上，超威集團旗下安力能源展出了近期剛剛投產的鈉鎳電池產品。據知道，該電池主要由固體鎳和氯化鈉顆粒及陶瓷管構成，反應溫度為260－300攝氏度，整個過程中不存在易燃易爆物質。即使陶瓷管發生破碎，反應生成的單體鈉也會率先與熔融狀態的四氯鋁酸鈉結合，不會與空氣接觸。因此該電池的安全性極佳。和鋰電池相比，這款鈉鎳電池兼具的低成本和高性能讓它更適用于大規模儲能。
與安力能源的鈉鎳電池類似，遼寧星空鈉電也在上述展會上展示了最新的鈉電池產品。據星空鈉電展位負責人解析，這款電池的正負極材料、隔膜和電解液等均為自主研發的高安全性材料。在進行軟包疊片工藝加工后，該電池在90攝氏度的高溫情況下不會出現熱失控，對標鋰電池所進行的穿刺、擠壓、高空下落等實驗后，電池仍不會起火爆炸。
近幾年，鈉離子電池以高安全性和低成本正逐漸走進人們的視野，而固態電池也是目前處理鋰電池安全問題的有效且呼聲最高的途徑之一。2018年7月，由珈偉股份研發加工的08116337－CO－36Ah類固態軟包三元材料動力鋰離子蓄電池通過國家機動車質量監督檢驗中心強制性檢驗，其配套車輛也在當年10月的第313批《道路機動車輛加工企業及產品公告》中現身。
系統發力，降低安全事故隱患
業界一直強調安全是系統工程，這個系統就不單單指電池系統，而是新能源整車、儲能電站這類的綜合系統。近些年，從系統層面處理安全問題的研發和使用，也并不少見。
無論是在新能源汽車電池箱，還是在儲能箱、柜中，電池通常處于較為密閉的空間中，這對電池散熱會造成不利影響，一旦熱量集中，就很可能因局部過熱發生安全風險。在上述展會上，山東博一新能源展示了用于電池模組散熱的全新電池組熱管理技術。該技術核心采用超導熱材料，將電池模組內部的熱量迅速導出，從而確保整個模組保持較低溫度。
特斯拉Model3也采用了不同以往的安全性設計，電池箱體去除了頂板，一旦箱體內部發生火災，因為沒有壓力，從而減少爆炸造成的傷害。此外線路焊接頭全部朝向地面，萬一有可燃氣體噴發，也可以確保不噴向兩側和上面。
一旦發生火災，及時滅火也非常有必要，這也就需要電池使用場景中特別是儲能范疇，要有相應的阻燃和消防措施。據中國電科院資深科學家來小康解析，他率領的團隊正在進行儲能PACK箱體阻燃材料的研究，目的是一旦一個箱體發生火災，確保不會危及附近的其他箱體。
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