談不燃燒電池：如何不燃燒？如何商用？

時間:2016-03-24 09:36來源:雷鋒網(wǎng) 作者:西顧
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        在電動汽車如此受追捧的今天，有一個噩夢始終縈繞在汽車廠商以及整個汽車行業(yè)中揮之不去，那就是電動汽車的“自燃”事故。
 
　　2006 年吳揚創(chuàng)立微宏的時候，就給公司制定了動力電池的三大目標：快充、長壽命和不燃燒。讓人不敢相信的是，這家公司在成立初期沒有任何動力電池相關(guān)經(jīng)驗，甚至連研發(fā)需求都提不出來，但是就在短短幾年后微宏卻在動力電池快充領(lǐng)域占得一席之地。
 
　　據(jù)官方統(tǒng)計，微宏的電池方案已經(jīng)在歐洲 4 個國家，中國 27 個省市裝載了一萬多輛公交車和商用車，這些車總運行 6.2 億公里。至今還沒有任何一個因電池引起的安全事故。
 
　　現(xiàn)在這家公司又宣布，他們用了八年時間攻克了一項新的電池技術(shù)：不燃燒電池，這是他們實現(xiàn)的第三個目標。這種技術(shù)，解決的正是動力電池的自燃問題。
 
　　如何將電池做到“不燃燒”
 
　　在發(fā)布會后的媒體專訪環(huán)節(jié)中，吳揚表示：“我們的團隊是做隔膜技術(shù)方面當之無愧的專家……某種程度上電解液可以被拷貝，但是我們可以通過隔膜技術(shù)設(shè)立門檻。”
 
　　為什么用八年的時間解決隔膜技術(shù)？吳揚的解釋是，隔膜工業(yè)買不到標準設(shè)備，買不到生產(chǎn)線，沒有人知道，每家公司都高度保密，所有東西都要自己琢磨。
 
　　從技術(shù)原理上說，微宏團隊并不認為“安全性”的差異體現(xiàn)在正極材料上。“不燃燒”電池的秘密是從電解液和隔膜著手，那么這種電池究竟是如何做到不燃燒的？
 
　　1、不會燃燒的電解液
 
　　大部分鋰離子電池發(fā)生燃燒事故主要是因為電池內(nèi)短路引發(fā)的熱失控導致的。絕大部分熱失控的放熱來自于電解液，其中電解液的放熱占了 72%。
 
　　電解液是可燃的，它會漏氣，遇到高溫、氧氣甚至會發(fā)生爆炸。所以微宏研究的重點之一是確保電池在熱失控時電解液不會燃燒。電解液不燃燒就等于徹底扼殺了熱失控發(fā)生的可能性。
 
　　在現(xiàn)場，微宏團隊的研發(fā)人員放出了兩組視頻：一組顯示的是將市場上常見的鋰離子電池電解液加熱到沸騰的時候，它冒出的蒸汽用火一點就著，而且火是不斷的，直到電解液揮發(fā)的蒸汽燒完為止。
 
　　另外一組顯示的是微宏的不燃燒電解液，通過溫度計顯示，當溫度達到176.8度的時，不燃燒電解液開始沸騰，蒸汽往上冒，這時候用火點不著，甚至冒出的蒸汽將火苗撲滅。
 
　　研發(fā)人員解釋，當電池由于各種原因發(fā)生內(nèi)短路而導致熱失控，電池系統(tǒng)內(nèi)部很多零部件或者局部元件，比如電線會因為局部受熱瞬間升溫，所以他們的電解液要模擬當出現(xiàn)熱失控的時候電解液不會燃燒。
 
2、“凱芙拉”隔膜
 
　　微宏 CTO 李翔在會上介紹，目前動力電池所用的隔膜目前基本是兩種：聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）的復合隔膜，熔點基本在 130 度左右。在這個溫度下，PE 和 PP 隔膜會發(fā)生軟化、收縮，從而使內(nèi)短路的面積擴大。
 
　　一開始李翔和他的團隊采用 PVDF 做隔膜材料，它的熔點高于 PE 隔膜，不可燃，化學穩(wěn)定性好。但是后來他們發(fā)現(xiàn)當電池發(fā)生熱失控時，PVDF 隔膜會在 90 度左右被碳酸質(zhì)的電解液溶解而造成電池內(nèi)短路，沒有辦法他們不得不重新選擇新材料。
 
　　最后他們用制作防彈衣的一種材料“凱芙拉”作為制膜的基本材料，“凱芙拉”在 300 攝氏度的溫度下不會收縮。
 
　　在發(fā)布會上，為了驗證隔膜的熱穩(wěn)定性的能力，他們將高溫隔膜、PE 涂覆隔膜、最常用的 PE 隔膜通過視頻做了一個比對實驗，分別在 150 度、200 度、250 度的溫度下在烘箱烘烤。實驗結(jié)果是，微宏高溫隔膜到 300 度形態(tài)和尺寸基本沒發(fā)生變化，PE 隔膜到 300 度完全碳化，PE 隔膜在 150 度的時候縮成一團。
 
　　3、被動防御
 
　　在解決了鋰離子電池內(nèi)部的電解液以及隔膜的問題，相當于為不燃燒電池主動設(shè)立了防御措施。從電池系統(tǒng)級別的安全而言，微宏采用了一種被動的防御措施-- STL（智能熱控流體的被動防御技術(shù)）。它可以控制溫度，將溫度設(shè)定在某個范圍。
 
　　微宏工程院院長仝志明表示，著火的時候有三個要素要同時存在，可燃物、氧氣、高溫（著火點），這三個要素如果只有兩個就不會著火。所以，這一部分的被動工作就是將整個電池系統(tǒng)浸沒到液體，使電池與空氣隔開。
 
如何商用？
 
　　吳揚在會后的媒體專訪中表示，在得到政府認證后，會與原來一些老客戶合作，比如公交大巴、出租車等等。但是并沒有在現(xiàn)場公布這種電池的價格。
 
　　當記者問電池未來上市銷售主攻乘用車還是商用車，吳表示主要看客戶的購買能力。吳揚如此自信不是沒有原因，他在現(xiàn)場舉例道：18650 目前是日本生產(chǎn)的合格率最高的電芯，如果一輛汽車假設(shè)有八千個18650 電芯，在2 ppm（百萬分率）合格率狀態(tài)下，十萬臺汽車中有可能發(fā)生自燃的有 1600 臺……這肯定會給（汽車）公司帶來巨大的損失。所以汽車廠商為了不蒙受這樣的損失，一定會采取措施來應對。
 
　　不過也有業(yè)內(nèi)人士持不同意見。北京有色金屬研究總院高級工程師、清華大學博士劉冠偉在接受雷鋒網(wǎng)采訪時表示，目前陶瓷隔膜仍然是平衡安全性和成本的主流選擇，如果凱芙拉便宜不了，這種電池注定小眾。這是因為汽車廠商對價格敏感，該電池仍然是裝載量不太大。
 
　　此前有人表示微宏的方案特別適合定路程和線路的公交車，但同時也是用較高的成本和降低電池能量密度換取其壽命和安全。劉冠偉也對此表示同意，“微宏用的電解液與隔膜都不是傳統(tǒng)材料，成本必有提高。鋰電的安全、成本、能量、倍率幾個特性兼顧很難……在頻繁充電的場合下，快充公交仍是定位點。”
 
　　在發(fā)布會結(jié)束前，吳揚透露他們正在建設(shè)電池工廠，當總產(chǎn)量有 7GWh 時就可以為超過 15 萬輛的電動汽車提供動力電池。大規(guī)模的量產(chǎn)也許是解決這種電池技術(shù)成本的關(guān)鍵。
 
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