刀片电池横空出世,以直观易懂的电芯针刺试验, 在广大消费者心中植入了电池安全的基本观念:“安全 = 针刺不起火”。
此观点合理吗、全面吗?这就涉及到评价动力电池安全性的两个视角:系统论 vs 电芯论。
早在2018年我就提出,动力电池安全性必须从3个层面进行系统性评价[1]:
该如何评价新能源汽车的电池性能和安全性?557赞同-50评论回答
为了展开讲电池安全的“系统论”观点,以广汽埃安的“弹匣电池”作为例子是一个很好的选择。
一是因为它遵循了典型的系统整包安全思路,二是最近CCTV与中汽中心等行业权威合办的汽车风云盛典中,唯一的“动力电池科技奖”既没给刀片电池,也没给宁德时代,而是颁给了广汽埃安动力电池技术群(包括弹匣电池技术)。
这引起了大家不小的关注度,还有些许质疑:与刀片电池和宁德时代比,弹匣电池够格吗?
弹匣电池也因构造的形似而以兵器命名,常拿来与刀片电池比较。实际上二者关于电池安全的思路迥异,刀片电池强调电芯安全,而弹匣电池更强调系统整包的安全。
一篇经典的博士论文[2]概括了提高电芯安全性的若干思路,例如:
例如正极材料方面:锂离子电池的正极材料由金属氧化物颗粒构成,在充放电过程中可能会产生纳米尺度上的微裂纹(microcrack)甚至碎裂(fracture),不仅造成容量损失,也会降低热稳定性。
三元锂电池正极材料的微裂纹和碎裂 ,解决思路也简单,有点像咱们家用的不锈钢铁锅的处理方法:一是增加新元素使其成为坚固合金,二是涂上保护层使之不生锈。
锂电池正极材料的两项措施是在纳米尺度上进行的。例如,广汽埃安弹匣电池在纳米尺度上,为正极材料颗粒新添了元素(doping,掺杂)、增加了保护涂层(coating,包覆),从而提高了热稳定性。再如负极材料方面:大家都知道,电池由正极、负极、电解液三者构成。实际上,负极材料与电解液首次接触时会产生一层必不可少的SEI膜(Solid Electrolyte Interface)。
SEI膜致密、离子导电性较好、稳定性较好,可谓是尽职尽责的“保护膜”。SEI膜一旦老化、分解,不仅会影响充放电性能,也会削弱热稳定性。特定的电解液添加剂可以修复、增强SEI膜,例如四氟(氟代丙二酸)磷酸锂LFMP添加剂可以使SEI膜中LiF的成分上升,可以更有效地抵御五氟化磷的侵蚀,从而提高了锂电池的热稳定性
LFMP新型添加剂修复/增强SEI膜、提高热稳定性 弹匣电池也采用了新型添加剂,以实现SEI膜的自修复[11]:
最后在电解液方面:弹匣电池应用了特殊的添加剂,使活性材料在120℃以上时,表面自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜,大幅降低热失控反应产热。
正极材料、负极材料、电解液3个方面的关键技术应用,最终使弹匣电池的电芯耐热温度提升30%。