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自燃事故,或与采用薄膈膜材料的高能量密度电池有关

2019-05-21   点击量:432

纵观市场上目前在售的纯电动汽车,就数特斯拉品牌车型的性能最为出色,虽然其价格之高非普通消费者所能接受,但是特斯拉在全球新能源车销量榜中的表现却相当亮眼。毫无疑问,大家都迷恋于特斯拉的高性能,心甘情愿为其买单。


以特斯拉Model3为例,该车型共有4个版本在售,分别为标准续航后驱升级版、长续航后驱版、长续航全轮驱动版、高性能全轮驱动版。看到版本名字,很多人想当然地会认为标准续航车型会比长续航车型的动力更强,因此能耗水平偏高。


事实上,标准续航后驱版的Model3,搭载的是最大功率为175kW,峰值扭矩375N?m的电机,0-100km/h加速时间为5.6秒,工信部公布的续航里程为460km。而续航里程达664km的长续航后驱版,使用的电机却拥有220kW的最大功率,峰值扭矩则为416N?m,0-100km/h加速也更快,只需5.3秒。


更强的动力,却有更高的续航里程,这就是特斯拉在纯电动汽车领域充当领头羊角色的最好证明。受有关政策的影响,我国俨然已成为纯电动汽车的产销大国,不少自主品牌纷纷加入到纯电动汽车的角逐之中,甚至还扬言要在纯电动汽车技术上实现“弯道超车”。但是在特斯拉出色的性能指标下,自主品牌车型那些电动机最大功率最高不过100kW出头,不少车型官方宣传的加速时间只截取0-50km/h区间,续航里程最多也就只有510km的纯电动汽车,这条超车的弯道可能还要走很长。


特斯拉车型能同时兼顾动力性能以及续航里程,与其出色的能耗控制技术水平之高密不可分。EPA(美国环保署)发布了“FuelEconomyGuide(燃油经济性指南)”中显示,特斯拉Model3车型的百英里电耗为26kW?h,仅比现时电耗水平最低的现代IoniqEV(25kW?h/100英里)略低。但要知道,现代IoniqEV只是一款电机功率只有88kW,续航里程则只有124英里(约200公里),动力性能、续航里程均不算突出的纯电动车。而电耗水平比它略低的特斯拉Model3,则拥有192kW的高动力、310英里(496公里)长续航里程。


EPA在2017年的燃油经济性指南中,曾出现过中国品牌纯电动汽车的相关电耗数据,综合工况下百英里能耗为47kW?h,几乎是现代IoniqEV和特斯拉Model3的两倍,续航里程也只有187英里(约300公里)。


由此可见,目前在所有纯电动车之中,做得最好的非特斯拉莫属。然而,这并不代表什么,在不足一个月内,号称站在纯电动车技术顶端的特斯拉,就以3起起火爆炸事故成为车圈热点。4月21日,一辆特斯拉ModelS在上海市一家地下车库内突然自燃,并引燃停在其旁边的数辆汽车;5月3日,旧金山一辆停在私人车库中的特斯拉ModelS发生自燃;5月12日,香港新蒲岗广场停车场一辆特斯拉ModelS发生起火。不足一个月时间接连发生相类似的起火自燃事件,这个锅特斯拉不得不背。


但是截至目前,特斯拉官方依旧没有对这几起事件作出正式的回应或是相关调查结果,马斯克只是在社交平台上表示:每年有超过一百万辆内燃机车起火,造成数千人死亡,但特斯拉起火事件没有造成人员伤亡,否认了事故的严重性且拒绝承担事故责任。但是,用户的眼睛是雪亮的,在上海发生起火的特斯拉ModelS车主指出,他的车辆在没有充电的情况下起火并爆燃,起源头就在于电池组。


特斯拉的之所以有出色的性能表现,在于它追求电气系统的极致性,甚至有些偏激。去年特斯拉CEO马斯克表示,特斯拉在电池技术方面获突破性进展,能量密度再提升30%,特斯拉车型的续航里程可达到640km以上。如果这一技术指标实现,那么特斯拉旗下车型的电池组将会得到升级,以P100D车型为例,该车型将有可能搭载130kWh的电池组,由此P100D车型的综合续航里程将会达到644km。


总所周知,目前限制纯电动汽车发展的最大技术难点,就在于电池的能量密度。在现有的电池技术下追求过高的电池能量密度,势必会影响电池组的安全性。锂离子电池由正极材料、负极材料、SEI隔膜、电解液、滤波。其中决定能量多少的,是正负极材料所占比例的高低,但正负极材料不能互相接触,需要用SEI膈膜进行隔离,因此提高电池能量密度,最直接的方法是减小电池中隔离正负极的SEI膈膜的体积,简单来说就是厚度。而现阶段,这层膜的厚度,只有10-20微米。如果要进一步减小厚度,不仅对SEI膈膜的各种物理化学性能提出更高的要求。


特斯拉这几起自燃事故,或许就与采用薄膈膜材料的高能量密度的电池有关。锂电池在充电的过程中,当负极嵌入的锂含量超过它所承受的范围,多余的锂离子就会和负极穿梭来的电子结合,在负极表面上开始沉积,形成锂枝晶。而充电电流越大,锂枝晶的成长速度就越快,单一锂枝晶的长度就越长。当锂枝晶的长度达到一定的长度后,很容易就会把膈膜刺穿,使正负极形成局部短路,瞬间释放高热量,从而引发自燃。


事实上,从2013以来特斯拉车型在全球多起已知事故中,直接由电池起火导致或事故造成电池起火的,比例高达51.35%(包括上述三期自燃事故)。特斯拉追求性能没有错,但难道就不可以建立在确保电池组可靠性和安全性的基础上吗?


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