[第一電氣網](特約作者王慶生)作為一名研究多孔聚合物鋰離子動力電池及材料研究與應用多年的研究員,也是我國使用三元材料作為動力電池的先驅之一。經過我15年的研究和應用測試,已經驗證了作為鋰離子正極材料的三元材料是從無到有發展起來的,并且整個過程都得到了驗證和推廣。讓我們從科學和公平的角度來談談三元材料(NCM)和磷酸亞鐵鋰材料。
每個人都知道鋰離子電池的工作機理,而離子的注入和遷移是鋰離子電池最核心的關鍵。增加離子的嵌入量、交換的離子量、離子交換的速度、離子的擴散能、化學和物理極化的減少以及鋰沉積速度的減緩都是迫切需要解決的問題。鋰離子電池的安全性越來越受到人們的關注,而鋰離子電池安全性來自于許多因素。制造環節和生產環境是基本保證,而這一假設作為電池制造商的最低門檻是可以通過的(不包括個別低水平制造商),因此影響電池安全的因素需要從電池制造層面,如材料、結構、系統、技術和設備等各方面進行設計和改進。
電池安全的主要隱患主要來自于電池的熱失控。電池的熱反應主要分為反應熱、焦耳熱和極化熱,這些熱量分別來自電池的物理發熱和化學發熱。因此,對于鋰離子電池的安全設計和制造,應首先分析其發熱機理。從材料、結構和系統來看,它會給電池帶來發熱,因此優化和控制發熱和散熱是設計和制造電池的首要任務。從系統的角度來看,基本上分為液體系統、凝膠系統、固體系統和多孔系統(自主研發)。各系統的制造工藝和性能不同,液體系統導電性好,但安全性差。凝膠態和準固態的安全性能有所提高,但在倍率性能方面帶來了新的問題,因此我們提出了“多孔”聚合物鋰離子動力電池技術。它不僅保證了電池的安全性,還提高了電池的倍率(主要采用多孔聚合物隔離膜和相分離技術制備多孔電極,以改變現有的電解質形式,提高離子交換速度,降低化學阻抗)。在材料方面,無論采用什么正負材料和電解質,我們都需要分析材料之間的相容性和兼容性,相互反應產生的極化是否最小,離子躍遷和電子導電性是否最好。這可以有效緩解極化發熱的問題,電極結構設計的合理性也非常重要,直接影響電流的分布均勻性,對電池的物理極化有很大影響。合理的結構對電化學動力學的界面膨脹產生熱氧化和延長電池壽命有很大幫助,也就是說,許多方面的不合理設計會帶來電池的發熱,這是影響電池安全的一個因素。
以下是分析鋰離子電池常用材料的熱電化學財產;作為主要材料:正極、負極、隔膜、電解質、集電器和外包裝(此處以AL塑料膜為例);
有機材料(電解質、絕緣膜)和AL塑料包裝膜最容易達到燃點和燃燒:PP層在140℃下熔化,絕緣膜(以PVDF為例)在130℃下發生熱蠕變,PVDF膜具有高耐熱溫度點、大殘留余量、發熱少,電解質溫度變化點>:在60℃時有少量吸熱,LipF6在117℃-160℃和160℃-250℃時分解。
酯有機溶劑發生熱分解反應,電解質在185℃下在NCM陰極材料中分解。電解質在130℃時在陽極石墨中分解(貧溶液和富溶液的溫度差為10℃);負極上SEI膜的分解溫度為95℃-97℃。因此,出于安全考慮,應確保電池溫度低于95℃。陰極材料為放熱型MCMB石墨,石墨在600℃時具有良好的熱穩定性。
至于陰極材料LFP(磷酸亞鐵鋰)NCM/NCA(三元材料)粉末材料;與NCM和LFP相比,LFP和NCM的熱重在30-250℃范圍內沒有明顯變化,這表明這兩種材料在250℃內的熱穩定性良好。NCM在250℃-600℃時出現兩個放熱峰,291℃時開始分解,445℃時峰溫失控。LFP試驗的峰值溫度在528.6℃時失控,之前沒有明顯變化。殘余質量為576.4℃-NC89.03%,576.2℃-LFP 95.85%。表明LFP的氧化放熱溫度高于NCM,但LFP的熱失控放熱量高于NCM。
熱反應速率NCM>LFP和NCM在60℃左右超過閾值,表現出放熱。儀器跟蹤溫度,當NCM-500min達到450℃的測試溫度終點時,測試停止。LFP材料在98.1℃時超過閾值,表現出放熱,大約1300min后達到450℃的測試溫度終點。與LFP相比,NCM的熱反應速度更快、時間更短,并且通過了壓力-時間曲線。LFP在244.3℃時具有快速的熱變化,壓力為5.8bar。也就是說,當NCM和LFP材料的熱拐點溫度出現時,LFP的壓力遠大于NCM的壓力,換句話說,一旦出現問題,LFP比NCM的破壞力更高。
充滿電的LFP的熱釋放量明顯高于NCM材料,這將對電池內部電解質和隔膜的穩定性產生不利影響。結果表明,LFP比NCM具有高阻抗、高發熱和較差的導熱性。TMA:熱膨脹LFP>;新冠肺炎;質量變化LFP>;新冠肺炎
NCM材料的伴熱段從大約60℃和LFP-99℃開始。NCM材料在410℃達到峰值,LFP在366℃達到峰值。相比之下,在350℃時,NCM的反應熱變化明顯高于LFP,NCM材料的熱跟蹤閾值低于LFP,并且NCM的速率高于LFP的反應速率,但LFP的焓增是突然的,NCM表現出線性的熱焓變化,因此NCM在監測熱跟蹤采集方面優于LFP,更適合電力應用。
根據對材料、結構和系統發熱的分析,認為僅使用LFP和NCM作為陰極材料是安全的是不科學的。電池的安全性不僅取決于一種陰極材料,而且還取決于這樣一種假設,即即使它取決于材料,它也絕對不是陰極材料。如果達到陰極材料的熱失控溫度點或反應溫度拐點,許多有機材料將已經著火。因此,材料的兼容性、電池結構設計、系統設計、電池制造環境因素、電池工藝控制、電池設計集成技術、電池熱管理和充放電控制、電池使用管理等諸多因素都會對電池造成安全隱患。因此,說單獨使用三元材料會影響電池的安全是不負責任和不科學的,提前停止使用三元物質電池更是荒謬的。目前國內外起火車輛中缺失的LFP電池是什么?
我們應該以科學的方式分析和解決問題,而不是以偏概全。終止三元材料系統電池的應用是違反科學的,因此是不可接受的。我愿意在科學的數據支持下展示三元材料應用帶來的成果,也愿意與提出異議的同行交流。
作者是圣彼得堡州立理工大學功能材料與新能源技術實驗室的研究員。
關于炮臺路線的爭議由來已久。這一次,三元材料動力電池被切斷了。你對此怎么看?有什么建議嗎?第一篇電獎勵作文第一期最高獎金為5000元!
提交電子郵件:content@d1ev.com[第一電氣網](特約作者王慶生)作為一名研究多孔聚合物鋰離子動力電池及材料研究與應用多年的研究員,也是我國使用三元材料作為動力電池的先驅之一。經過我15年的研究和應用測試,已經驗證了作為鋰離子正極材料的三元材料是從無到有發展起來的,并且整個過程都得到了驗證和推廣。讓我們從科學和公平的角度來談談三元材料(NCM)和磷酸亞鐵鋰材料。
每個人都知道鋰離子電池的工作機理,而離子的注入和遷移是鋰離子電池最核心的關鍵。增加離子的嵌入量、交換的離子量、離子交換的速度、離子的擴散能、化學和物理極化的減少以及鋰沉積速度的減緩都是迫切需要解決的問題。鋰離子電池的安全性越來越受到人們的關注,而鋰離子電池安全性來自于許多因素。制造環節和生產環境是基本保證,而這一假設作為電池制造商的最低門檻是可以通過的(不包括個別低水平制造商),因此影響電池安全的因素需要從電池制造層面,如材料、結構、系統、技術和設備等各方面進行設計和改進。
電池安全的主要隱患主要來自于電池的熱失控。電池的熱反應主要分為反應熱、焦耳熱和極化熱,這些熱量分別來自電池的物理發熱和化學發熱。因此,對于鋰離子電池的安全設計和制造,應首先分析其發熱機理。從材料、結構和系統來看,它會給電池帶來發熱,因此優化和控制發熱和散熱是設計和制造電池的首要任務。從系統的角度來看,基本上分為液體系統、凝膠系統、固體系統和多孔系統(自主研發)。各系統的制造工藝和性能不同,液體系統導電性好,但安全性差。凝膠態和準固態的安全性能有所提高,但在倍率性能方面帶來了新的問題,因此我們提出了“多孔”聚合物鋰離子動力電池技術。它不僅保證了電池的安全性,還提高了電池的倍率(主要采用多孔聚合物隔離膜和相分離技術制備多孔電極,以改變現有的電解質形式,提高離子交換速度,降低化學阻抗)。在材料方面,無論采用什么正負材料和電解質,我們都需要分析材料之間的相容性和兼容性,相互反應產生的極化是否最小,離子躍遷和電子導電性是否最好。這可以有效緩解極化發熱的問題,電極結構設計的合理性也非常重要,直接影響電流的分布均勻性,對電池的物理極化有很大影響。合理的結構對電化學動力學的界面膨脹產生熱氧化和延長電池壽命有很大幫助,也就是說,許多方面的不合理設計會帶來電池的發熱,這是影響電池安全的一個因素。
以下是分析鋰離子電池常用材料的熱電化學財產;作為主要材料:正極、負極、隔膜、電解質、集電器和外包裝(此處以AL塑料膜為例);
有機材料(電解質、絕緣膜)和AL塑料包裝膜最容易達到燃點和燃燒:PP層在140℃下熔化,絕緣膜(以PVDF為例)在130℃下發生熱蠕變,PVDF膜具有高耐熱溫度點、大殘留余量、發熱少,電解質溫度變化點>:在60℃時有少量吸熱,LipF6在117℃-160℃和160℃-250℃時分解。
酯有機溶劑發生熱分解反應,電解質在185℃下在NCM陰極材料中分解。電解質在130℃時在陽極石墨中分解(貧溶液和富溶液的溫度差為10℃);負極上SEI膜的分解溫度為95℃-97℃。因此,出于安全考慮,應確保電池溫度低于95℃。陰極材料為放熱型MCMB石墨,石墨在600℃時具有良好的熱穩定性。
至于陰極材料LFP(磷酸亞鐵鋰)NCM/NCA(三元材料)粉末材料;與NCM和LFP相比,LFP和NCM的熱重在30-250℃范圍內沒有明顯變化,這表明這兩種材料在250℃內的熱穩定性良好。NCM在250℃-600℃時出現兩個放熱峰,291℃時開始分解,445℃時峰溫失控。LFP試驗的峰值溫度在528.6℃時失控,之前沒有明顯變化。殘余質量為576.4℃-NC89.03%,576.2℃-LFP 95.85%。表明LFP的氧化放熱溫度高于NCM,但LFP的熱失控放熱量高于NCM。
熱反應速率NCM>LFP和NCM在60℃左右超過閾值,表現出放熱。儀器跟蹤溫度,當NCM-500min達到450℃的測試溫度終點時,測試停止。LFP材料在98.1℃時超過閾值,表現出放熱,大約1300min后達到450℃的測試溫度終點。與LFP相比,NCM的熱反應速度更快、時間更短,并且通過了壓力-時間曲線。LFP在244.3℃時具有快速的熱變化,壓力為5.8bar。也就是說,當NCM和LFP材料的熱拐點溫度出現時,LFP的壓力遠大于NCM的壓力,換句話說,一旦出現問題,LFP比NCM的破壞力更高。
充滿電的LFP的熱釋放量明顯高于NCM材料,這將對電池內部電解質和隔膜的穩定性產生不利影響。結果表明,LFP比NCM具有高阻抗、高發熱和較差的導熱性。TMA:熱膨脹LFP>;新冠肺炎;質量變化LFP>;新冠肺炎
NCM材料的伴熱段從大約60℃和LFP-99℃開始。NCM材料在410℃達到峰值,LFP在366℃達到峰值。相比之下,在350℃時,NCM的反應熱變化明顯高于LFP,NCM材料的熱跟蹤閾值低于LFP,并且NCM的速率高于LFP的反應速率,但LFP的焓增是突然的,NCM表現出線性的熱焓變化,因此NCM在監測熱跟蹤采集方面優于LFP,更適合電力應用。
根據對材料、結構和系統發熱的分析,認為僅使用LFP和NCM作為陰極材料是安全的是不科學的。電池的安全性不僅取決于一種陰極材料,而且還取決于這樣一種假設,即即使它取決于材料,它也絕對不是陰極材料。如果達到陰極材料的熱失控溫度點或反應溫度拐點,許多有機材料將已經著火。因此,材料的兼容性、電池結構設計、系統設計、電池制造環境因素、電池工藝控制、電池設計集成技術、電池熱管理和充放電控制、電池使用管理等諸多因素都會對電池造成安全隱患。因此,說單獨使用三元材料會影響電池的安全是不負責任和不科學的,提前停止使用三元物質電池更是荒謬的。目前國內外起火車輛中缺失的LFP電池是什么?
我們應該以科學的方式分析和解決問題,而不是以偏概全。終止三元材料系統電池的應用是違反科學的,因此是不可接受的。我愿意在科學的數據支持下展示三元材料應用帶來的成果,也愿意與提出異議的同行交流。
作者是圣彼得堡州立理工大學功能材料與新能源技術實驗室的研究員。
關于炮臺路線的爭議由來已久。這一次,三元材料動力電池被切斷了。你對此怎么看?有什么建議嗎?第一篇電獎勵作文第一期最高獎金為5000元!
提交電子郵件:content@d1ev.com
標簽:
近日,河北省人民政府辦公廳公布《關于加快全省電動汽車充電基礎設施建設的實施意見》,意見明確,到2020年,基本建成車樁相隨、適度超前、智能高效的充電基礎設施體系,
1900/1/1 0:00:00據1月11日工信部公布的2015年12月汽車產量數據顯示12月新能源汽車生產998萬輛同比增長3倍。2015新能源汽車累計生產3790萬輛同比增長4倍。
1900/1/1 0:00:00第一電動網特約作者李敏我國現行的新能源汽車補貼政策是針對終端電動汽車用戶進行的補貼。原本的意義上是為了降低電動汽車的使用成本,提高電動汽車與傳統汽車的競爭力,擴大電動汽車的推廣范圍。
1900/1/1 0:00:00在過去的2015年,江淮新能源汽車全年累計銷量為10521輛,較2014年只有iEV4的單打獨斗的銷量僅為2400輛,同比增長338。
1900/1/1 0:00:00一年一度的全國兩會已拉開帷幕,有著綠色環保代名詞的“新能源汽車”成為兩會代表委員熱議的焦點,有關新能源汽車方面的提議提案也紛紛出爐。徐和誼表示,中國發展新能源汽車大有可為。
1900/1/1 0:00:002015年龐大的新能源汽車銷量都由哪些車型支撐?這是30多萬輛產銷數據必然引發的疑問。
1900/1/1 0:00:00