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谈不燃烧电池：如何不燃烧？如何商用？

时间:2016-03-24 09:36来源:雷锋网 作者:西顾
点击: 次
 
        在电动汽车如此受追捧的今天，有一个噩梦始终萦绕在汽车厂商以及整个汽车行业中挥之不去，那就是电动汽车的“自燃”事故。
 
　　2006 年吴扬创立微宏的时候，就给公司制定了动力电池的三大目标：快充、长寿命和不燃烧。让人不敢相信的是，这家公司在成立初期没有任何动力电池相关经验，甚至连研发需求都提不出来，但是就在短短几年后微宏却在动力电池快充领域占得一席之地。
 
　　据官方统计，微宏的电池方案已经在欧洲 4 个国家，中国 27 个省市装载了一万多辆公交车和商用车，这些车总运行 6.2 亿公里。至今还没有任何一个因电池引起的安全事故。
 
　　现在这家公司又宣布，他们用了八年时间攻克了一项新的电池技术：不燃烧电池，这是他们实现的第三个目标。这种技术，解决的正是动力电池的自燃问题。
 
　　如何将电池做到“不燃烧”
 
　　在发布会后的媒体专访环节中，吴扬表示：“我们的团队是做隔膜技术方面当之无愧的专家……某种程度上电解液可以被拷贝，但是我们可以通过隔膜技术设立门槛。”
 
　　为什么用八年的时间解决隔膜技术？吴扬的解释是，隔膜工业买不到标准设备，买不到生产线，没有人知道，每家公司都高度保密，所有东西都要自己琢磨。
 
　　从技术原理上说，微宏团队并不认为“安全性”的差异体现在正极材料上。“不燃烧”电池的秘密是从电解液和隔膜着手，那么这种电池究竟是如何做到不燃烧的？
 
　　1、不会燃烧的电解液
 
　　大部分锂离子电池发生燃烧事故主要是因为电池内短路引发的热失控导致的。绝大部分热失控的放热来自于电解液，其中电解液的放热占了 72%。
 
　　电解液是可燃的，它会漏气，遇到高温、氧气甚至会发生爆炸。所以微宏研究的重点之一是确保电池在热失控时电解液不会燃烧。电解液不燃烧就等于彻底扼杀了热失控发生的可能性。
 
　　在现场，微宏团队的研发人员放出了两组视频：一组显示的是将市场上常见的锂离子电池电解液加热到沸腾的时候，它冒出的蒸汽用火一点就着，而且火是不断的，直到电解液挥发的蒸汽烧完为止。
 
　　另外一组显示的是微宏的不燃烧电解液，通过温度计显示，当温度达到176.8度的时，不燃烧电解液开始沸腾，蒸汽往上冒，这时候用火点不着，甚至冒出的蒸汽将火苗扑灭。
 
　　研发人员解释，当电池由于各种原因发生内短路而导致热失控，电池系统内部很多零部件或者局部元件，比如电线会因为局部受热瞬间升温，所以他们的电解液要模拟当出现热失控的时候电解液不会燃烧。
 
2、“凯芙拉”隔膜
 
　　微宏 CTO 李翔在会上介绍，目前动力电池所用的隔膜目前基本是两种：聚乙烯（PE）或聚丙烯（PP）的复合隔膜，熔点基本在 130 度左右。在这个温度下，PE 和 PP 隔膜会发生软化、收缩，从而使内短路的面积扩大。
 
　　一开始李翔和他的团队采用 PVDF 做隔膜材料，它的熔点高于 PE 隔膜，不可燃，化学稳定性好。但是后来他们发现当电池发生热失控时，PVDF 隔膜会在 90 度左右被碳酸质的电解液溶解而造成电池内短路，没有办法他们不得不重新选择新材料。
 
　　最后他们用制作防弹衣的一种材料“凯芙拉”作为制膜的基本材料，“凯芙拉”在 300 摄氏度的温度下不会收缩。
 
　　在发布会上，为了验证隔膜的热稳定性的能力，他们将高温隔膜、PE 涂覆隔膜、最常用的 PE 隔膜通过视频做了一个比对实验，分别在 150 度、200 度、250 度的温度下在烘箱烘烤。实验结果是，微宏高温隔膜到 300 度形态和尺寸基本没发生变化，PE 隔膜到 300 度完全碳化，PE 隔膜在 150 度的时候缩成一团。
 
　　3、被动防御
 
　　在解决了锂离子电池内部的电解液以及隔膜的问题，相当于为不燃烧电池主动设立了防御措施。从电池系统级别的安全而言，微宏采用了一种被动的防御措施-- STL（智能热控流体的被动防御技术）。它可以控制温度，将温度设定在某个范围。
 
　　微宏工程院院长仝志明表示，着火的时候有三个要素要同时存在，可燃物、氧气、高温（着火点），这三个要素如果只有两个就不会着火。所以，这一部分的被动工作就是将整个电池系统浸没到液体，使电池与空气隔开。
 
如何商用？
 
　　吴扬在会后的媒体专访中表示，在得到政府认证后，会与原来一些老客户合作，比如公交大巴、出租车等等。但是并没有在现场公布这种电池的价格。
 
　　当记者问电池未来上市销售主攻乘用车还是商用车，吴表示主要看客户的购买能力。吴扬如此自信不是没有原因，他在现场举例道：18650 目前是日本生产的合格率最高的电芯，如果一辆汽车假设有八千个18650 电芯，在2 ppm（百万分率）合格率状态下，十万台汽车中有可能发生自燃的有 1600 台……这肯定会给（汽车）公司带来巨大的损失。所以汽车厂商为了不蒙受这样的损失，一定会采取措施来应对。
 
　　不过也有业内人士持不同意见。北京有色金属研究总院高级工程师、清华大学博士刘冠伟在接受雷锋网采访时表示，目前陶瓷隔膜仍然是平衡安全性和成本的主流选择，如果凯芙拉便宜不了，这种电池注定小众。这是因为汽车厂商对价格敏感，该电池仍然是装载量不太大。
 
　　此前有人表示微宏的方案特别适合定路程和线路的公交车，但同时也是用较高的成本和降低电池能量密度换取其寿命和安全。刘冠伟也对此表示同意，“微宏用的电解液与隔膜都不是传统材料，成本必有提高。锂电的安全、成本、能量、倍率几个特性兼顾很难……在频繁充电的场合下，快充公交仍是定位点。”
 
　　在发布会结束前，吴扬透露他们正在建设电池工厂，当总产量有 7GWh 时就可以为超过 15 万辆的电动汽车提供动力电池。大规模的量产也许是解决这种电池技术成本的关键。
 
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