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280Wh/kg高比能電池通過(guò)針刺測(cè)試!中國(guó)引領(lǐng)高安全鋰離子電池發(fā)展

時(shí)間:2019-10-31 22:25來(lái)源:連線新能源 作者:綜合報(bào)道
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      2019年中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)繼續(xù)突飛猛進(jìn),1-7月產(chǎn)銷(xiāo)量突破60萬(wàn)輛,成為了車(chē)市寒冬中一抹靚麗的風(fēng)景線,但是隨著新能源汽車(chē)保有量的不斷增大,頻發(fā)的自燃等安全事故讓人們對(duì)新能源汽車(chē)的安全性的關(guān)注提高到了前所未有的高度。熱失控是鋰離子電池最為嚴(yán)重的失效模式。一旦發(fā)生熱失控,如果系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)散抑制設(shè)計(jì)的不好,會(huì)引起電動(dòng)汽車(chē)的起火燃燒,嚴(yán)重的威脅到車(chē)輛人員的安全并導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失。
 
      引起鋰離子電池?zé)崾Э氐囊蛩睾芏�,例如�?nèi)短路、外短路、過(guò)充、電池過(guò)熱和機(jī)械破壞等,但是內(nèi)短路仍然是引起鋰離子電池?zé)崾Э氐闹饕蛩亍R痄囯x子電池內(nèi)短路的原因通常有生產(chǎn)過(guò)程中引入的金屬異物,以及充放電過(guò)程中負(fù)極形成的鋰枝晶等。一旦內(nèi)短路發(fā)生,電池瞬間通過(guò)短路點(diǎn)進(jìn)行放電,導(dǎo)致短路點(diǎn)溫度升高,引起隔膜熔化和正負(fù)極材料的分解,進(jìn)而積累更多的熱量最終導(dǎo)致鋰離子電池?zé)崾Э亍?/div>
 
      為了降低鋰離子電池?zé)崾Э氐奈:Τ潭�,人們開(kāi)發(fā)了多種方法用來(lái)模擬鋰離子電池內(nèi)短路,這其中針刺試驗(yàn)是模擬鋰離子電池內(nèi)短路最為有效、也是應(yīng)用最為廣泛的方法。針刺試驗(yàn)通過(guò)鋼針從電池外部進(jìn)行穿刺,用以模擬電池內(nèi)部多余物引起的正負(fù)極短路。鋼針刺穿正負(fù)極之間的隔膜,導(dǎo)致正負(fù)極之間發(fā)生短路,巨大的電流密度導(dǎo)致短路點(diǎn)的溫度升高,最高可超過(guò)900℃[1],高溫會(huì)導(dǎo)致隔膜熔化,引起短路點(diǎn)的快速擴(kuò)大,同時(shí)短路造成的高溫還會(huì)引起正負(fù)極材料的分解[2]和電解液的燃燒,分解反應(yīng)和電解液燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的熱量則會(huì)進(jìn)一步引發(fā)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致鋰離子電池?zé)崾Э�。鋰離子電池在熱失控中還會(huì)產(chǎn)生大量的CO2、CO、H2、C2H4等氣體[5],短時(shí)間內(nèi)在鋰離子電池內(nèi)部產(chǎn)生巨大的壓力,引爆鋰離子電池的排氣閥。
 
      鋰離子電池在內(nèi)短路情況下是否發(fā)生熱失控,以及熱失控的劇烈程度與電極材料的選擇密切相關(guān)。近年來(lái)隨著動(dòng)力動(dòng)力電池能量密度的不斷提升,安全性較高的磷酸鐵鋰材料大量的被能量密度更高的三元材料替代,相比于LFP,三元材料的熱穩(wěn)定性大幅降低[3],在高溫下三元材料會(huì)發(fā)生分解釋放O2,引起電解液和負(fù)極的燃燒,釋放大量的熱量[4],從而引起鋰離子電池發(fā)生劇烈的熱失控,而熱穩(wěn)定性更差的NCM811材料的應(yīng)用則進(jìn)一步降低了動(dòng)力電池的安全性,因此針刺試驗(yàn)也成為橫亙?cè)诟吣芰棵芏蠕囯x子電池開(kāi)發(fā)面前一道難以逾越的鴻溝。

      然而隨著新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的不斷增加,整車(chē)廠對(duì)于動(dòng)力電池能量密度的要求也在不斷的提升,高鎳三元材料的應(yīng)用雖然為動(dòng)力電池帶來(lái)了更高的能量密度,但高能量密度和高安全性的雙重壓力也為各大動(dòng)力電池廠帶來(lái)了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。針對(duì)這一現(xiàn)狀,新國(guó)標(biāo)《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子電池動(dòng)力蓄電池安全要求》從系統(tǒng)安全的角度出發(fā),取消了對(duì)單體電池針刺試驗(yàn)的強(qiáng)制要求,轉(zhuǎn)而增加了熱失控在電池組內(nèi)擴(kuò)散的要求,希望從系統(tǒng)的層面解決高能量密度和高安全性之間的矛盾,這也成為了目前國(guó)內(nèi)高比能動(dòng)力電池發(fā)展的主流方向。
 
      盡管新國(guó)標(biāo)取消了對(duì)動(dòng)力電池針刺實(shí)驗(yàn)的強(qiáng)制要求,但是歐美主機(jī)廠,例如大眾、通用等仍然在堅(jiān)持執(zhí)行歐洲、美國(guó)的安全標(biāo)準(zhǔn),依然將針刺列為強(qiáng)制執(zhí)行項(xiàng)目,這也就意味著國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池廠商要想融入到國(guó)際市場(chǎng),針刺將是一道無(wú)法逾越的技術(shù)屏障。好在并非所有的企業(yè)都放棄了對(duì)“本質(zhì)安全”的堅(jiān)持,作為國(guó)際知名的動(dòng)力電池制造企業(yè),萬(wàn)向長(zhǎng)期以來(lái)堅(jiān)持“安全重于一切”的理念,在新國(guó)標(biāo)取消對(duì)針刺的強(qiáng)制要求后仍然堅(jiān)持最為嚴(yán)格的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品必須通過(guò)USABC中規(guī)定的嚴(yán)苛的針刺測(cè)試。
 
      萬(wàn)向?qū)τ?ldquo;安全”的堅(jiān)持讓萬(wàn)向推出新產(chǎn)品的速度慢了半拍,但“慢節(jié)奏”讓萬(wàn)向能夠從容的對(duì)產(chǎn)品的安全性進(jìn)行仔細(xì)的打磨。近期,萬(wàn)向A123的一款52Ah VDA電芯順利實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)定型,該產(chǎn)品不僅能量密度達(dá)到了260Wh/kg,還兼顧了高功率的特性,常溫10s輸出功率密度達(dá)到1500W/kg,同時(shí)還保持了長(zhǎng)壽命的特性,即便是在嚴(yán)酷的高溫環(huán)境下的壽命預(yù)計(jì)仍然可達(dá)1500次以上,最為重要的是這樣一款兼顧能量密度、功率密度和壽命的高性能動(dòng)力電池還順利的通過(guò)了USABC中嚴(yán)苛的針刺測(cè)試,安全等級(jí)達(dá)到EUCAR2,實(shí)現(xiàn)了不冒煙、不起火、不爆炸和不泄漏,為動(dòng)力電池的安全設(shè)計(jì)樹(shù)立了一個(gè)嶄新的行業(yè)標(biāo)桿。
      對(duì)于“安全”的堅(jiān)守讓萬(wàn)向獲得了豐厚的回報(bào),在各大動(dòng)力電池都在為高能量密度鋰離子電池的安全性焦頭爛額的時(shí)候,萬(wàn)向又推出了能量密度達(dá)到280Wh/kg的高安全動(dòng)力電池產(chǎn)品,該電池不僅實(shí)現(xiàn)了超高能量密度,還在USABC標(biāo)準(zhǔn)的針刺測(cè)試(Ф3mm,80mm/s)中實(shí)現(xiàn)了不起火、不爆炸,針刺后仍然能夠維持穩(wěn)定的電壓平臺(tái),達(dá)到了EUCAR2的安全等級(jí)。在過(guò)充測(cè)試中該電池同樣表現(xiàn)出了驚人的安全性,順利通過(guò)1C倍率過(guò)充至2倍電壓測(cè)試,達(dá)到EUCAR3安全標(biāo)準(zhǔn)。
 
      這樣一款高安全電池的電性能同樣讓人驚艷,45℃ 1C循環(huán)1300次容量保持率>80%,常溫輸出功率可達(dá)1500W,-25℃下輸出功率仍可達(dá)500W,能夠滿足電動(dòng)汽車(chē)大部分工況的使用需求,為高性能、高安全電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      A123對(duì)于“安全”的極致追求不僅獲得了廣大乘用車(chē)企業(yè)的認(rèn)可,還獲得了像Karma這樣的世界超級(jí)轎跑品牌的垂青,在今年的成都車(chē)展上Karma帶來(lái)的兩款超級(jí)跑車(chē)2020Karma Revero GT和Karma GTdesigned by Pininfarina均搭載了來(lái)自A123的動(dòng)力電池。據(jù)悉該款電芯已經(jīng)累計(jì)配套了近十萬(wàn)臺(tái)車(chē)輛,部分車(chē)輛累計(jì)行駛達(dá)15萬(wàn)公里,無(wú)一例安全事故,充分彰顯了A123在動(dòng)力電池安全技術(shù)方面的強(qiáng)大實(shí)力。
 
      電動(dòng)汽車(chē)作為一個(gè)復(fù)雜的電氣系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)電芯安全只是整車(chē)安全的第一步,系統(tǒng)層級(jí)的安全設(shè)計(jì)對(duì)于整車(chē)安全也同樣重要。對(duì)于動(dòng)力電池模塊,BMS系統(tǒng)就像是系統(tǒng)安全的“守夜人”,時(shí)刻監(jiān)督著電池模塊的工作狀態(tài),避免電池發(fā)生過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱等極端情況,確保電池模塊的絕對(duì)安全。O 26262標(biāo)準(zhǔn)中的安全要求,在中汽研牽頭制定的GB/T《電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統(tǒng)功能安全要求及試驗(yàn)方法》中定義了BMS系統(tǒng)四個(gè)主要安全目標(biāo),安全等級(jí)均為ASIL C,這也將成為國(guó)內(nèi)BMS行業(yè)的最基本門(mén)檻。
      作為一家專(zhuān)注于鋰離子動(dòng)力電池的供應(yīng)商,萬(wàn)向自2015年就開(kāi)始推動(dòng)動(dòng)能安全體系建設(shè)和ISO 26262開(kāi)發(fā)流程的搭建,積累了豐富的功能安全項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。目前萬(wàn)向已經(jīng)能夠提供48V低壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)兩種BMS系統(tǒng),均滿足ASIL C的安全級(jí)別,其中48V低壓系統(tǒng)BMS將于明年量產(chǎn),屆時(shí)將為多個(gè)整車(chē)廠客戶配套,高電壓BMS系統(tǒng)也將于今年下半年量產(chǎn)。雖然ASIL C級(jí)別的安全已經(jīng)能夠滿足應(yīng)用需求,但是萬(wàn)向并未就此止步,而是繼續(xù)研發(fā)安全級(jí)別達(dá)到ASIL D的BMS系統(tǒng),為全球消費(fèi)者提供一個(gè)更加安全的用車(chē)的體驗(yàn)。
 
      在安全技術(shù)上的不懈努力,讓萬(wàn)向一二三成為國(guó)內(nèi)唯一一家能夠同時(shí)提供滿足功能安全的“高壓BMS”和“48V BMS”的供應(yīng)商。依托12年豐富的BMS、電芯、模組和電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),萬(wàn)向一二三在中國(guó)杭州、美國(guó)底特律、德國(guó)斯圖加特建立了一支國(guó)際化的功能安全團(tuán)隊(duì),為全球客戶提供更好的功能安全產(chǎn)品和更加優(yōu)質(zhì)、高效的服務(wù),為全球動(dòng)力電池系統(tǒng)和新能源汽車(chē)的安全保駕護(hù)航。
 
      萬(wàn)向作為一個(gè)從1999年就開(kāi)始布局清潔能源的國(guó)際一流動(dòng)力電池供應(yīng)商,對(duì)于“安全”堅(jiān)守已經(jīng)深深植根于企業(yè)文化之中,“安全高于一切”的理念貫穿于整個(gè)動(dòng)力電池的研發(fā)之中,對(duì)于產(chǎn)品的精雕細(xì)琢和精益求精讓萬(wàn)向成為高品質(zhì)動(dòng)力電池的代名詞,得到了廣大整車(chē)廠家和終端用戶的高度認(rèn)可,在這浮躁的時(shí)代為動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)樹(shù)立嶄新的行業(yè)標(biāo)桿。
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 鋰離子電池 高比能電池
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