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卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

2015-12-18 18:27:38 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0

12月16—17日,由深圳市发改委指导,电动汽车资源网与深圳市新能源汽车产业协会主办的“2015第二届中国(深圳)新能源汽车高峰论坛暨总工技术交流会”在深圳龙岗区隆重召开。

【讯】  12月16—17日,由深圳市发改委指导,与深圳市新能源汽车产业协会主办的“2015第二届中国(深圳)新能源汽车高峰论坛暨总工技术交流会”在深圳龙岗区隆重召开。来自深圳政府单位、公交公司、新能源整车企业、相关零部件企业、物流企业、投资公司和新闻媒体以及社会各界人士共600余人参加了会议。本届峰会通过主论坛和分论坛,以及互动沙龙与圆桌会议的形式,探讨“整车安全技术路线、物流车技术与创新模式、关键零部件安全与测试、动力电池安全技术”,重点突出电动汽车及其关键零部件的最新技术发展方向及安全问题。鸥瑞智诺能源科技(北京)有限公司总经理、博士卢祥军受邀参加本届峰会并演讲,卢祥军博士的演讲主题是“锂离子电池理化指标及其安全性设计”。

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

下面是卢祥军博士的演讲内容:

一、为什么总是锂离子电池安全性问题?

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

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电芯安全性测试

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模组常规安全实验模

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检验标准:实验后无起火,无爆炸

电池滥用安全性模拟实验

电芯高温烘烤实验

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电池组浸盐水实验

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实验结果:电芯高温烘烤30分钟后无起火,无爆炸;浸水过程无起火和爆炸,此两类实验用于模拟电动系统在遇或或涉水后是否对人员造成伤害

锂离子电池理化指标

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二、锂离子电池一般特性

锂离子电池结构

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

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输运特性从层状(钴酸锂)架状(锰酸锂)立方状(磷酸铁锂)

贡献:氧化物磷酸盐硅酸盐

锂离子电池失效分析

◆电池过充:Li-Co-O正极材料过充时发生如下反应:2Li0.5CoO2LiCoO2+ CoO+ 1/2O2

◆完全过充时,发生下列反应:2CoO22CoO + O2

◆析出单质Li +大量的热。有电解液存在,反应在140℃左右开始,游离氧与电解液反应,电解液加速分解。温度上升至150 ℃时,电解质LiPF6分解为LiF和PF5,其中PF5有强催化作用,电解液以几何级数分解,同时放出更多的热,反应急剧加速,引发其他放热的副反应,反应失控,大量的热量在瞬间释放,电池被破坏甚至爆炸起火

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

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避免锂离子电池失效

1、过充;2、针刺;3、挤压;4、短路……

◆正极材料的结构稳定性是第一位的!

◆电解液的稳定性是第二位的!

◆隔膜的高温稳定性是第三位的……

三、我们的解决办法

电池系统的六大目标

1.能量密度

2.功率密度

3.SOC运行范围

4.循环寿命及日历寿命

5.安全性

6.成本

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

1.重点要解决的问题:可靠性、安全性、寿命、成本;

2.最重要的是安全,成本是在安全、可靠性、寿命、容量密度之后。

锂离子电池的安全性原则

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设计安全性

★空间能量密度:设计适当的能量密度(手机/笔记本)

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★能量供应需求:Siemens手机抗32V裸充电池/电动工具

★使用场合:Tesla汽车将电池设计在中部,前后为行李箱;

★应急要求:众泰汽车燃烧BYD汽车追尾

单体电池安全性

★正极材料结构稳定性:改性/包覆…

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★隔膜改进:耐高温基体/陶瓷涂层…

★电解液:阻燃/高熔点/宽电化学窗口…

★电池老化工艺…

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

加工安全性

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

多个电池企业的制作经验表明:在n=100个电池串联形成的系统里面,单个电池1C使用可靠度只要99%, 就可保证在电池组0.2C使用经历n个串联,失效率低于1ppm。而单个接线端子即使做到了6sigma的品质水平,经历(n+n/12)或者(n+n/8)对端子串联后,失效率在650ppm以上。所以在动力电池组中,可靠度控制的核心在于接线端子,而不是电池。原因是电池容量冗余形成了并联关系提高可靠度,而端子数量成倍且串联降低可靠度。

系统安全性

★锂离子电池的安全性一定要从系统角度考虑 !并且可控 !

★波音的教训:2013年1月7日波音787飞机电池起火

1)很好的开发规划,实施路径

卢祥军:锂离子电池理化指标及其安全性设计

波音电池事件分析

2)开发定义

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3)电池事件还原

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4)分析结果:电池设计—充电引起的SEI膜分解、隔膜出现熔洞、内部短路…

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5)真正的原因?改进措施

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作者: 来源:电动汽车资源网

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