在電動(dòng)汽車(chē)如此受追捧的今天,有一個(gè)噩夢(mèng)始終縈繞在汽車(chē)廠商以及整個(gè)汽車(chē)行業(yè)中揮之不去,那就是電動(dòng)汽車(chē)的“自燃”事故。
2006 年吳揚(yáng)創(chuàng)立微宏的時(shí)候,就給公司制定了動(dòng)力電池的三大目標(biāo):快充、長(zhǎng)壽命和不燃燒。讓人不敢相信的是,這家公司在成立初期沒(méi)有任何動(dòng)力電池相關(guān)經(jīng)驗(yàn),甚至連研發(fā)需求都提不出來(lái),但是就在短短幾年后微宏卻在動(dòng)力電池快充領(lǐng)域占得一席之地。
據(jù)官方統(tǒng)計(jì),微宏的電池方案已經(jīng)在歐洲 4 個(gè)國(guó)家,中國(guó) 27 個(gè)省市裝載了一萬(wàn)多輛公交車(chē)和商用車(chē),這些車(chē)總運(yùn)行 6.2 億公里。至今還沒(méi)有任何一個(gè)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(shí)間攻克了一項(xiàng)新的電池技術(shù):不燃燒電池,這是他們實(shí)現(xiàn)的第三個(gè)目標(biāo)。這種技術(shù),解決的正是動(dòng)力電池的自燃問(wèn)題。
如何將電池做到“不燃燒”
在發(fā)布會(huì)后的媒體專(zhuān)訪環(huán)節(jié)中,吳揚(yáng)表示:“我們的團(tuán)隊(duì)是做隔膜技術(shù)方面當(dāng)之無(wú)愧的專(zhuān)家……某種程度上電解液可以被拷貝,但是我們可以通過(guò)隔膜技術(shù)設(shè)立門(mén)檻。”
為什么用八年的時(shí)間解決隔膜技術(shù)?吳揚(yáng)的解釋是,隔膜工業(yè)買(mǎi)不到標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,買(mǎi)不到生產(chǎn)線,沒(méi)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(shuō),微宏團(tuán)隊(duì)并不認(rèn)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(huì)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?yàn)殡姵貎?nèi)短路引發(fā)的熱失控導(dǎo)致的。絕大部分熱失控的放熱來(lái)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(huì)漏氣,遇到高溫、氧氣甚至?xí)l(fā)生爆炸。所以微宏研究的重點(diǎn)之一是確保電池在熱失控時(shí)電解液不會(huì)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(chǎng),微宏團(tuán)隊(duì)的研發(fā)人員放出了兩組視頻:一組顯示的是將市場(chǎng)上常見(jiàn)的鋰離子電池電解液加熱到沸騰的時(shí)候,它冒出的蒸汽用火一點(diǎn)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(guò)溫度計(jì)顯示,當(dāng)溫度達(dá)到176.8度的時(shí),不燃燒電解液開(kāi)始沸騰,蒸汽往上冒,這時(shí)候用火點(diǎn)不著,甚至冒出的蒸汽將火苗撲滅。
研發(fā)人員解釋?zhuān)?dāng)電池由于各種原因發(fā)生內(nèi)短路而導(dǎo)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(huì)因?yàn)榫植渴軣崴查g升溫,所以他們的電解液要模擬當(dāng)出現(xiàn)熱失控的時(shí)候電解液不會(huì)燃燒。
2、“凱芙拉”隔膜
微宏 CTO 李翔在會(huì)上介紹,目前動(dòng)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(fù)合隔膜,熔點(diǎn)基本在 130 度左右。在這個(gè)溫度下,PE 和 PP 隔膜會(huì)發(fā)生軟化、收縮,從而使內(nèi)短路的面積擴(kuò)大。
一開(kāi)始李翔和他的團(tuán)隊(duì)采用 PVDF 做隔膜材料,它的熔點(diǎn)高于 PE 隔膜,不可燃,化學(xué)穩(wěn)定性好。但是后來(lái)他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)電池發(fā)生熱失控時(shí),PVDF 隔膜會(huì)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(méi)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(huì)收縮。
在發(fā)布會(huì)上,為了驗(yàn)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(guò)視頻做了一個(gè)比對(duì)實(shí)驗(yàn),分別在 150 度、200 度、250 度的溫度下在烘箱烘烤。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是,微宏高溫隔膜到 300 度形態(tài)和尺寸基本沒(méi)發(fā)生變化,PE 隔膜到 300 度完全碳化,PE 隔膜在 150 度的時(shí)候縮成一團(tuán)。
3、被動(dòng)防御
在解決了鋰離子電池內(nèi)部的電解液以及隔膜的問(wèn)題,相當(dāng)于為不燃燒電池主動(dòng)設(shè)立了防御措施。從電池系統(tǒng)級(jí)別的安全而言,微宏采用了一種被動(dòng)的防御措施-- STL(智能熱控流體的被動(dòng)防御技術(shù))。它可以控制溫度,將溫度設(shè)定在某個(gè)范圍。
微宏工程院院長(zhǎng)仝志明表示,著火的時(shí)候有三個(gè)要素要同時(shí)存在,可燃物、氧氣、高溫(著火點(diǎn)),這三個(gè)要素如果只有兩個(gè)就不會(huì)著火。所以,這一部分的被動(dòng)工作就是將整個(gè)電池系統(tǒng)浸沒(méi)到液體,使電池與空氣隔開(kāi)。
如何商用?
吳揚(yáng)在會(huì)后的媒體專(zhuān)訪中表示,在得到政府認(rèn)證后,會(huì)與原來(lái)一些老客戶合作,比如公交大巴、出租車(chē)等等。但是并沒(méi)有在現(xiàn)場(chǎng)公布這種電池的價(jià)格。
當(dāng)記者問(wèn)電池未來(lái)上市銷(xiāo)售主攻乘用車(chē)還是商用車(chē),吳表示主要看客戶的購(gòu)買(mǎi)能力。吳揚(yáng)如此自信不是沒(méi)有原因,他在現(xiàn)場(chǎng)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(chē)假設(shè)有八千個(gè)18650 電芯,在2 ppm(百萬(wàn)分率)合格率狀態(tài)下,十萬(wàn)臺(tái)汽車(chē)中有可能發(fā)生自燃的有 1600 臺(tái)……這肯定會(huì)給(汽車(chē))公司帶來(lái)巨大的損失。所以汽車(chē)廠商為了不蒙受這樣的損失,一定會(huì)采取措施來(lái)應(yīng)對(duì)。
不過(guò)也有業(yè)內(nèi)人士持不同意見(jiàn)。北京有色金屬研究總院高級(jí)工程師、清華大學(xué)博士劉冠偉在接受雷鋒網(wǎng)采訪時(shí)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?yàn)槠?chē)廠商對(duì)價(jià)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(chē),但同時(shí)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(duì)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(gè)特性兼顧很難……在頻繁充電的場(chǎng)合下,快充公交仍是定位點(diǎn)。”
在發(fā)布會(huì)結(jié)束前,吳揚(yáng)透露他們正在建設(shè)電池工廠,當(dāng)總產(chǎn)量有 7GWh 時(shí)就可以為超過(guò) 15 萬(wàn)輛的電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)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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