中国商用汽车总站网
市场 • 应用 • 技术
搜索
当前位置:主页 > 新闻资讯 >

美国Celgard张正铭博士:关于电池燃烧时正负极的反应

时间:  2019-10-09 17:49  来源:  汽车总站网   作者:  Summer

电池安全一直是能源安全的关注重点,也是交通出行的重要环节,IBSW国际电池安全大会每两年举行一次,议题围绕全球动力电池最新研发成果,探讨电池各类型安全问题。继2015年德国慕尼黑、2017年美国新墨西哥州,2019年IBSW在北京举行。来自全球高等研究机构和院校专家教授、全球动力电池企业技术研发管理人员近400人参加了本次会议。会上,美国Celgard公司张正铭(John Zhang介绍有关锂离子EDV爆炸与火灾的相关内容。内容实录如下:

今天讲一点具体的例子。我今天讲一下锂离子电池和电动车,我们就EDV和ESS爆炸的一些讨论,是很严重的情况,因为对于小的电池来讲可能会有火灾,大的电池可能会造成爆炸的事件。我先做个广告,一直在修改,这应该是很早期的时候我们当时做了这样一个标准,这是一个技术的电池的标准,我们也一直在修改,我们也需要更新和修改。

这是开始索尼出现这个状况的时候。这是我们的飞机,这其实不是锂电池的爆炸,是DOT的信息。另外一个飞机爆炸,是从天上掉下来的,到底什么原因造成的。还有一些我们的情况,最近在加拿大也有火灾的情况、爆炸的情况、建筑物爆炸的情况。

这是非常典型的,在充电站以及电动车开始冒烟,很多烟,之后就爆炸了,之后造成火灾。

我们想要分析一下造成的原因。大家都熟知这样的情况,当时自爆的情况,目前Model 3已经很好了、已经改进很多了。我们看一看这个现象,最开始我们看到白烟冒出来了,最后整个车就爆炸了,最开始是先冒了白烟。我们看一下慢动作,这是白烟的区域,之后起火,是一个慢动作的展示。我们先看白烟其实跟起火的趋势是一致的,一为着这个白烟其实是爆炸点和起火点,所以白烟很重要。到底这个白烟是什么造成的呢?我们之前做了一个分析,当时我和我的朋友JP Peres和P.Biensan我们几个人做了分析,这是一个正极的图像,是一个满负荷的正极。我想要解释的是,这里的白烟是来自于正极和电解质,会形成白烟,这个时间实际是非常短的,一毫秒的时间,你会看到高速摄影机,这里的照片其实我用的是慢放,高速摄像机的慢放,如果能放出来的话就可以看到。这是非常慢的慢动作,大概一秒的时间,我们使用激光来进行拍摄,这里面有碳电解质、碳电极,你会看到白烟的产生,在一毫秒的时间内就产生了白烟,是因为热吗?而且还有很多的气体,我把它叫做爆炸气体。它的成份我们也分析了一下。

还有一张照片是关于负极的,在负极你不会看到白烟,你不会看到整个的电极发生这个反应,你只会看到电极上的一个点,这个点你会看到出现问题,但并没有蔓延,没有突然的反应,或者说突然的大量的热的释放。所以和之前汽车的爆炸相比,首先是白烟,然后着火,你可能会觉得是不是和白烟相关呢?这个白烟是什么呢?我们分析了一下这个白烟,绝大部分成份是C2S4,实际负极和这个反应没有太大的关系。

接下来是负极,我们看到这是很快的热的传导效应,碳锂、NIC6,不管我们使用什么样的负极,都是同样的结果,即便整个都把它烧了,也不会产生蔓延,有可能在一些小的点会出现小的火。

看一下这张图片,这个是我的一个学生问我,他说你谈到了负极的稳定和正极的稳定,你谈到了电解质,能不能把它们结合在一起做一个图呢?我们把纵轴作为能量的登记,负极在这个区域,我们正极的电位是在这里,这是我们的充电、放电的曲线,所以你第一次放电的时候,就是从这儿到这儿,你有SEI的形成,这里我们是使用磷酸铁,我们看到里面是含氧的,如果我们使用负极激光的实验,我们会用高速摄影机,我们看到是磷酸铁,没有火焰、没有火星。其中含氧的负极都会出现这个问题,都会有非常小的火星或者非常小的火苗,我的这个图片还是不太好放出来,所以当我们谈到电池安全的时候,我们必须要提到负极,负极本身是否稳定、正极是否稳定,另外一个就是我们的电解质是否稳定,这三者必须要结合在一起。还有界面,正极和负极、电解质之间的界面,可以看到上面是HOMO,上面是LUMO,相当于一个传导,对固态电池也是同样的一张图片,都是用正极,它的能量比LUMO更高,区别就是SEI,这张图告诉我们什么吗,正极在SEI形成之后并不稳定,我们理论上可以让它稳定,但是它不是实际的成份,也不是一个稳定的系统,所以这个状态就非常危险,这取决于SEI,SEI会造成正极的稳定性,如果没有SEI的话,正极会出现非常剧烈的反应。

如果我们使用磷酸铁的话,可以看到负极的电压是非常稳定的,之前有教授也谈到了高镍的负极它也会存在一些问题,我觉得负极本身是不稳定的,尤其是811,你会看到55%的相关结构他们会产生氧气,而且会有崩溃的趋势。这些信息其实给了我们很多的启发,我们希望能够了解它背后的机理。

还有一张图表是和白烟相关的,还有和爆炸、火势相关,首先我们要了解这个白烟是什么,这就是反应,我们也是对白烟有非常详细的分析,负极反接,大家可以看到,有H2O、氧气、C2H4等等,大部分内部的冲击,比如说像枝晶,都是有可能会导致像爆炸这样一些事件的,所以大家可以看到,它会产生很多的热,如果到了一定的临界点,我们会使用激光来控制这个能量,来控制电解质的表面。有些情况下可能会破坏SEI,SEI是非常脆弱的,它并不稳定,它会产生这些化学物质,这些叫做爆炸气体或者说着火的气体,有一些会引发热点或者火星,最终导致爆炸,这两者在一起可能会产生一些反应,热传导到负极,负极也会爆炸,如果说氧气来自于空气的话,也有可能会导致爆炸,所以我们会需要一个启发、起点。

比如说像内短路各种各样不同的情景,比如说第一个短路,由正极导致的,产生大量的热、产生大量的能量,是非常危险的短路,这是我们15年前做的实验,也是产生大量的能量,如果说负极着火的话也会造成很大的危险,这都是一些危险的短路,之前我们也谈到了快充,快充有很多的问题,比如说产生应力,还有SEI等等。

基于这个机理我们试图来做一些实验,我们使用的是50安培的电池,这个是250安培,你看到发生了什么?非常可怕,用钉子来刺穿,我们看到5个电池都爆炸了,如果说我们增加一些添加剂的话,只有一个电池出现了问题,其他的电池都没有问题。但是我们还有其他的一些做法,比如说SEI、稳定性等等,还有其他的一些方法论,能够极大的来帮助单个电池提升它的稳定性。中间的这个电池是着火并且爆炸,其他电池都是增加了一些化学添加剂,这四个电池没有问题,你可以一直用下去。

我们有不同的一些模式,现在有一些厂商他们也是和我们签署了合同,现在有一些车应用我们的技术跑在路上,我想说他们走是非常安全的车。另外我们还有很多的专利正在申请的过程中,希望我们在全世界能够有更多的合作伙伴,也感谢给我这个机会。谢谢!
 

中国商用汽车总站

  • www.chinaautoms.com/由北京茂胜文化传媒有限公司版权所有@2019

    京ICP备18056018号-1

    合作QQ: 305140880