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新能源电池亟待解决的问题,可以说初见曙光,但前路漫漫

来源:undefined  作者:147小编   2023-11-05 阅读:20

目前电池亟待解决的最基本问题其实是和温度相关的一切项目。

一、锂离子电池低温损伤严重

在探讨这个问题之前你必须了解一个小知识,就是低温环境下,锂离子电池表现、能量和功率会严重衰减、充电困难、电池老化加速、使用寿命缩短、安全性大幅降低等,你见过早期锂电池因为低温发生燃烧的吗?因为极化现象过于严重,低温下产生了更多的锂枝晶(当电池在低温下循环时,析锂反应相对于嵌锂过程有更大的反应速率,即在低温条件下负极更倾向于发生析锂反应。)导致局部发热后电池包失效燃烧,国内各大测试基地都经历过这种情况,老王之前拍过很多次低温环境仓,相关的工作人员有一次跟老王一同见证了低温燃烧的情况,属实不可思议,就眼看着零下15度所有人冻得瑟瑟发抖,然后车的火光冲天直冲测试台架的屋顶,然后我们疯狂用灭火器扑灭。

后来我们了解到,低温下锂离子电池性能恶化得会更加迅速,凡去过极北苦寒之地的电动车回到南方基本上都废了,因为超过零下20摄氏度户外断电停放过的电动车,其电池内部电解质锂离子电导率会降低很多、锂枝晶的形成、电荷迁移内阻增加都会导致不安全。

但目前很多企业的车,为了在北方也有续航竞争力,是忽略了电池安全性从而塞了过多电量导致电动车并不安全。这个信息大家一定要知道。而题主问到的,120-180kwh这个范畴,我认为在MPV车型上可能会是个趋势,比如可以参考极氪009带140kWh的麒麟电池,据说MEGA得知这一消息后理想连夜更改方案。

但乘用车轿车、小型SUV可能以目前的电池水平很难达到,期待下一步的固态电池轻量化做得能够提升电量携带量吧。那么说到这里很多人就会说,今后电池可能会强调充电速度,这固然是个好事,但你就得好好了解下面这个话题的内容了。

二、快充一定安全吗?其实也和温度相关

老王最近看到很多人在吹什么几C几C充电,但科学事实是——脱离电池寿命谈5C或4C快充是没意义的,目前几乎所有乘用车动力电池,厂商都是允许系统显示电量比实际情况少10%左右的这种设定,来掩盖电池的逐渐恶化,然后在接下来使用的1-3年中,慢慢释放之前的10%存电来与之前的90%动态匹配,这样会给用户一种错觉就是——电池在最初的三年中寿命看起来非常【坚挺】,在这之后,很多品牌的电池就会很快劣化。

当然不是每辆车都会,所以厂商几年后会通过个性化OTA再做一次这样的循环来维持品牌口碑,这是行业中公开的秘密了。而目前的4C或者更激进的5C充电会让这种“悄无声息的”OTA变得更加频繁。

以某知名电池供应商的4C快充圆柱电芯为例,在纯慢充、快充各一半以及一直4C三种的场景中进行交叉对比试验后,研究人员发现,一直遵循慢充的循环寿命能达到2000次以上,相比之下,快慢各半的充电原则下,电池循环寿命缩水至1200次上下,试验人员又进一步试了纯4C充电,最终又会打折大概是800次循环寿命左右。

之前的一些试验测试的是电量20-80%的,而全充全放的测试成本过高,很可能长期全充全放的4C充电倍率车型循环寿命是不到800次的。当然,这些试验都只是针对单个电芯来说的,整体电池包如果有更优化的策略,肯定电池包寿命是更长久的。

值得注意的是,以这款量产电芯的计算循环寿命来看,即便是下降到800次,也有很可观的公里数了,再加上目前很多新能源车都是混动车型,所以这些纯电里程倒是也足够让用户用不少年头,只不过二手接盘侠感受会不佳。

把二手电动车出口到非洲或东南亚的第三世界国家很可能是个新商机。只不过在运输途中容易变成这样。

多数研究报告显示,电池循环寿命的减少其主要影响因素是电池的温度以及电池的活性物质,锂电池的充电放电本质是锂离子在电池的正负极之间的转移,电能和化学能相互转换的过程。无论是快充还是普通充电,都会造成电池损耗,因为电池运行时,锂离子会移动到石墨(负极阳极)并停留在那里,氧化还原完成时,理论上锂离子应该全部移回阴极。

但实际上,少量的锂化合物会以薄膜形式保留在阳极上。每次给电池充电时,它就会变得更厚。最终锂不能再与石墨相互作用。这就是电池的损耗基本来源,而这个过程是渐变且正常的现象,目前的快充是通过提升电流或电压,功率增大,加速电能和化学能互相转换的速度,充电就显得更快了。这个过程最主要影响电池损耗的因素是温度。如果一款电池能够有效控制电池的温度,做到精确化、智能化,才能在安全的可能下塞入更多电量的电池。

三、我们能压宝固态电池吗?

在安全方面,我们都有一个担心——无论三元锂电池还是磷酸铁锂电池,他们的液体电解质,燃烧极其剧烈,那么今后固态电池的安全就变得尤为重要。目前确定的信息是——很多聚合物电解质仍然有可燃特性,并不绝对安全。当然你也可以说汽油也并不绝对安全,但这就有点抬杠了,因为既然提到研究,那么肯定是在同样能量层级范畴来进行探讨,如把锂离子电池无论固态还是液态的能量密度升高到汽油的级别,则不用担心安全问题而是爆炸冲击波的问题了(参考之前老王讲的为啥不会有锂炸弹)。所以我们探讨问题还需回到电池这个狭义范畴之内。

大部分聚合物电解质【凝胶种的固态电解质】能够在50-55℃分解,其产气析气情况不比液态电池轻。而对于号称绝对安全的无机陶瓷电解质,因为这种结构目前的研究来看,电池能量密度依然有挑战(说白了就是低),因此需要匹配锂金属负极,比如如腈类聚合物电解质因富含CN(C≡N)基团。

能和锂离子电池正极材料中溶出的过渡金属相配位,减少其与锂金属负极的副反应,提高电池的循环性能,但此时会导致更多问题,这种电池对压力的反应和现在的液态电池差别很大,目前还缺乏很好的量化工具。

比如电解质和铜箔间无压力则不工作,这对电池内部应力带来了挑战,尤其是温度恶化后;和液态电池相比,压力对锂枝晶形貌的影响也会带来应变力检测的需求。但现在对于电池内部压力传感还没有很好的量化工具。固态电池阻抗远远大于液态电池,也会导致电池发热量很大。发热和形变导致电池的胶接及密闭处结构恶化,导致胶黏剂、高分子材料的老化,进而导致性能恶化。

目前科学家想到的是用布拉格光栅进行测量,这种由fsFBG测量的动力电池应变信号理论上能更早检测到热失控的发生,从而实现有效预警。之前给大家介绍过的Schade教授团队近期将fsFBG传感器植入到阳极活性材料中进行测试(这里科普下,阳极氧化,阴极还原的规则,负极为阳极)。

阳极也就是在固态电池中带有锂金属的负极中,用应变信号表示电极膨胀得到了阶段性成果,目前这套fsFBG测量系统就像电池的神经一样,在固态电池中能够以极高的监测密度来做到提前预警,无论是今后丰田的固态电池电极中、还是蔚来汽车的150kWh的固态电池包、还是宁德时代在研发的固态电池,今后都有搭配fsFBG传感器的可能性,然而目前安全冗余因为成本的原因,对温度检测上还需要探讨fsFBG的成本优化问题。短期内来看,不可能,但安全检测总归是很重要的议题,老王认为更密集的温度检测这套系统很快就能上车量产,即便它很贵。

结尾

所以说了这么多,我的态度很明白,就是塞入更多电量的大前提是能够稳定监控电池的温度、做好更多的安全冗余,而不是一味宣传电池多么快速地能充满电。目前电动车营销的味道太重,几乎不会顾及用户后期使用的弊端,所有的用户也都是冲昏头脑在接盘,当然最近老王的账号涌入了一大批电动车出问题的用户,这些用户往往是三年前购车并大力支持电动车的白鼠用户,这些用户现在车子出了问题,现在这个节点买车的用户,你如果用着很舒服,也不用太着急反驳老王的话,到时候出了问题咱们一起探讨如何帮您维权。

我是老王,下期见。

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