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      動力電池安全不容小覷 鈦酸鋰電池優勢凸顯

      “五一”期間,北京市朝陽區蟹島度假村停車場發生電動客車連環起火事件的發生,引起了人們對新能源汽車電池安全的更加關注。

      隨著電動汽車的商業化應用數量增加,電動汽車用鋰離子動力電池的自燃、起火爆炸事件時有發生,目前正是電動汽車行業發展的關鍵時機,任何一起電動汽車安全事故不僅僅對當事的制造企業造成重大影響,也是對整個行業的沉重打擊。動力電池是電動汽車的核心零部件,電動汽車起火或爆炸,人們第一個想到的往往是電池的問題,那么現在電動汽車的電池到底安全嗎?

      電池機理分析鈦酸鋰材料安全性能更佳

      從電池機理角度來分析,鋰離子電池的起火爆炸是由于鋰離子電池熱失控而產生的,根源主要是電極和電解液間在合適的條件下產生的劇烈的化學放熱反應。目前商業化應用于鋰離子動力電池的正極材料有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰和錳酸鋰等;負極材料主要有石墨或及其復合材料和鈦酸鋰等;電解液主要由有機溶劑和鋰鹽組成,隔膜的主要成分是聚丙烯、聚乙烯或兩者的復合材料。

      對于正極材料來說,磷酸鐵鋰發生熱分解所需的溫度最高,其分解所放出的熱量最少,是目前安全性最好的正極材料。負極材料中,石墨負極與電解液的反應的溫度最低,最容易與電解液發生反應,放出的熱量最高,而鈦酸鋰負極發生分解反應的溫度不僅高于石墨與電解液的反應,而且放出的熱量遠低于石墨反應放出的熱量,因此鈦酸鋰材料的安全性遠高于石墨負極。

      除此之外,動力電池在充放電循環中,電池組成物質會發生一些物理和化學的變化而導致電池性能的衰退,這些變化將會在一定程度上影響電池的安全性。事實上,在電池出產后的實際使用中,電池的起火等事故時有發生?,F有的對于未經循環的新鮮電池的安全性研究成果并不能完全解釋事故的發生機理。不同材料、不同容量、不同設計電池循環過程中的電化學或耐濫用行為或許有所差異。根據所用負極材料的不同,目前市場上常見的動力電池分為兩大類,碳負極體系和鈦酸鋰負極體系電池。

      由于碳負極嵌鋰后電位與金屬鋰的電位很接近,金屬鋰的沉積,一般發生在負極表面。鋰離子在遷移到負極表面時,部分鋰離子沒有進入負極活性物質形成穩定的化合物,而是獲得電子后沉積在負極表面成為金屬鋰,并逐步形成鋰枝晶。隨著循環次數的不斷增加,內部極化加劇,鋰枝晶隨著鋰離子電池的循環不斷生長,可能會穿透隔膜,引起正負極短路。電池在經過近千次循環過后,由于電池材料結構的變化(不停的膨脹收縮)及副反應產物的堆積(析鋰),碳負極表面出現了很多凸起。這種變化不僅影響了電極結構和活性,也會使隔膜受力變形,增大其受破壞的可能性。電池在短路、擠壓、過充實驗中極易發生熱失控。

      與碳負極材料相比,鈦酸鋰材料被稱為“零應變材料”,穩定性高,具有更高的嵌鋰電位(1.55Vvs.Li+/Li),從根本上消除了金屬鋰枝晶的產生,降低了電池發生內部短路的風險。鈦酸鋰與電解液之間的反應活性較低,幾乎不生成SEI膜,因而具有很好的循環穩定性和安全性,其常溫循環壽命可達25000次以上。在很高的溫度下,鈦酸鋰能夠吸收正極分解所產生的氧氣,降低了熱失控的風險,提高了電池的安全性。以鈦酸鋰取代碳材料作為鋰離子電池的負極,為保障鋰離子電池的安全、提高電池的循環性能和使用壽命提供了堅實的基礎。

      鈦酸鋰堅定踐行電池安全使命

      動力電池的安全性更多取決于材料自身與制造工藝,而鈦酸鋰電池具備的高安全性,有效地解決了安全隱患對于新能源電池推廣應用帶來的困擾。鈦酸鋰電池在最重要的安全性方面,有不可比擬的優勢。遵循新國標,鈦酸鋰電池經過針刺、電鉆、切割等“殘酷”的實驗,并沒有發生起火、爆炸等現象,經受住了安全性檢測的考驗。鈦酸鋰電池技術市場接受度不斷提升,目前已經與三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池一起在動力鋰電池市場形成三足鼎立的局面。

      鈦酸鋰電池是鋰電中壽命最長、安全度最高的電池。鈦酸鋰電池的循環壽命長,能夠實現萬次以上的充放電循環,高于普通鋰電池。而且鈦酸鋰快速充電性能非常好,其充電倍率不但達到與磷酸鐵鋰和三元相當的6C,還能實現電化學超級電容器10C的倍率充電。這從另一方面證明鈦酸鋰的用途其實非常廣泛。

      目前鈦酸鋰電池國內市場技術比較成熟,在電動車應用方面主要用于公交車和擺渡車等領域,國內生產鈦酸鋰材料比較早的有銀隆、微宏、博磊達等,國外的東芝在2007年就有了基于鈦酸鋰負極的鋰離子電池問世。其中,以銀隆為代表的鈦酸鋰電池目前已經攻克了業內公認的“五大問題”,實現6分鐘快速充電、耐寬溫(-50℃—+60℃)、30年循環使用壽命、不起火不爆炸高安全性、高效率等優良特性。但是鈦酸鋰電池能量密度低是其最大的缺點,當前,鈦酸鋰電池與磷酸鐵鋰電池的能量密度差距也正在不斷縮小。
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