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竞逐三元电池包“不起火”

北极星储能网  来源:高工锂电  作者:欧杨宇  2021/3/18 9:49:20  我要投稿  

北极星储能网讯:高工锂电注意到,宁德时代、蜂巢能源、广汽埃安、领湃新能源、欣旺达、岚图汽车均推出了“不起火”电池方案实施方案。

(来源:微信公众号“高工锂电” ID:weixin-gg-lb 作者:欧杨宇)

动力电池安全技术开发上,车企和主流电池企业开始将目标集中投向“三元电池系统不起火”。

磷酸铁锂电池由于能量密度较低,稳定性较好,安全性相对得到认可。而三元电池由于密度更高,热稳定性相对差,某些极端环境下容易发生热失控起火,成为电池企业安全技术必须迈过的一道坎。

近期,岚图汽车举办三元锂离子电池安全技术分享会,可实现三元锂电热失控触发后无冒烟、无起火、无爆炸现象;广汽埃安发布弹匣电池系统安全技术,可实现三元锂电池整包针刺不起火;领湃新能源也提出实施“零风险、高安全”电池战略,三元电池再次戴上“不起火”、“零风险”标签。

在此之前,包括宁德时代“不起火”三元电池的公布与装车,蜂巢能源“冷蜂”热失控系统性解决方案的发布,欣旺达三元电池通过“加热触发电芯热失控实验”,已经逐步将三元电池安全推向可实现“不起火”的高地。

高工锂电注意到,在“不起火”三元电池的实现路径上,电池企业主要是在材料、电极、电芯、系统、BMS、Pack等多个维度进行创新设计与研发,从整个动力电池系统层级来保障三元电池的“不起火”。

主要实现方式包括:1、从电芯本体出发,通过材料本体物性改善、添加阻燃剂等方式,让电芯在出现极端情况下,中间的本体发生变更,比如起到热量吸收、表面钝化、阻断膨胀、机械实效的效果等,以此实现电芯不起火。2、从模组及系统层级出发,添加耐热、隔热物质及热导流设计,即便是一颗电芯出现热失控也不会影响其他电芯。

高工锂电梳理了宁德时代、蜂巢能源、广汽埃安、领湃新能源、欣旺达、岚图汽车的“不起火”电池方案实施方案,以供行业参考:

宁德时代

2020年10月,宁德时代表示已开发出“只冒烟不起火”三元电池,通过高安全电解液、热扩上隔离技术,直击高能量密度、高安全性的痛点,可以确保电池包不燃烧,即便一个电芯起火,整个电池包只冒烟。

材料方面,宁德时代通过“原子层级”创新,开发出高稳定性正极材料和高安全电解液,电池耐高温边界提高40℃。

电芯结构方面,设计了高集成、强鲁棒的防内短路电极,电芯进行各种滥用测试可以不起火、不冒烟。

电池包设计方面,在量化分析外力作用下,外壳发生不同弹性变形、塑性变形时对电芯的损伤,优化电池包结构强度。

电池热管理方面,基于电池的物理化学特性,精确掌控温度/电压/电流等安全边界,确保电池在安全舒适区工作,完善监控模型,第一时间识别安全风险并及时预警。

系统热扩散方面,采用航空级耐热材料和定向热导流技术,即使单体发生热失控,也能做到系统不蔓延、不起火。

2020年11月,蔚来汽车正式上线100kWh电池包。该电池包采用宁德时代镍55三元电芯和CTP成组技术,可实现“无热蔓延”。由此也兑现了此前宁德时代宣布“只冒烟不起火”电池年底装车的承诺。

蜂巢能源

2020年12月,蜂巢能源在其电池日上对外发布了热失控系统性解决方案——冷蜂,通过材料、电芯、电池包、监控系统四大层级的原创技术彻底解决电池系统的热失控问题。

在电芯环节,蜂巢能源研发了一种应用新型果冻状电解质的“果冻电池”,具有高电导、自愈合、阻燃等特点,电导率6*0.001s/cm,耐热温度提高至150°C,在满电(样品)针刺测试中,可实现 “不起火、不冒烟”。

在电池pack环节,基于“果冻电池”电芯基础上,蜂巢能源通过泄压、喷发物控制、降温、报警、隔热等多种方式,来实现Pack的安全防护,进一步防范动力电池热失控的风险。

在系统监控层级,蜂巢能源开发了“蜂云平台”,该平台通过对于超9万辆电动汽车的持续监控,分析数据超过16亿条,具备20多项监控项目。

同时,该平台还导入了蜂巢能源与清华大学合作开发的电池内短路预警模型,在电池安全预警的准确率达到90.9%,并可以实现对于内短路提前2个月的预警,充分保障电池系统安全。

广汽埃安

3月10日,广汽埃安发布新一代动力电池安全技术——弹匣电池系统安全技术,搭载该技术的电池包成功通过针刺热扩散试验,实现三元锂电池整包针刺“不起火”。弹匣电池从电芯、系统、散热、BMS各个层级,打造三元电池包的安全、高效保护。

电芯层级,通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用,提升电芯热稳定性,防止热失控。

电解液应用新型添加剂,可实现SEI膜的自修复,改善电芯寿命。高安全电解液能在高温下自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜,大幅降低热失控反应产热。这些关键技术的应用,使得电芯的耐热温度提升30%。

系统层级,通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体,形成超强隔热安全舱,实现三元锂电芯热失控不蔓延至相邻电芯,电池包上壳体能耐温1400℃以上。

散热系统,通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计,弹匣电池实现散热面积提升40%,散热效率提升30%。

电池管理系统,通过采用车规级最新一代电池管理系统芯片,实现每秒10次全天候数据采集。发现异常时,立即启动电池速冷系统为电池降温。

在上述核心技术优化加持下,广汽埃安表示,弹匣电池相对于同类普通电池,体积能量密度提升9.4%,重量能量密度提升5.7%,成本下降10%。根据计划,弹匣电池今年将在广汽埃安全系列车型上陆续搭载。

领湃新能源

3月12日,领湃新能源“四个零战略”,即零风险、零衰减、零焦虑、零误差。其中,打造“零风险、高安全”电池被放在首要位置。

领湃新能源将从材料、电极、电芯、系统等多个维度进行创新设计与研发,颠覆原始设计,杜绝热失控,实现零风险、高安全电池。

具体实施路径包括,优化材料配方,引入高导电导热材料、温敏材料,从内部智能调节温度,同时优化外部冷却材料与冷却结构;引入智能芯片及传感器,保障实时高精度控制;优化管理算法,提高数据反馈精度及灵敏度;多维度安全管控,实现零安全风险。

欣旺达

紧接着,欣旺达也宣布公司成功研发“只冒烟不起火”电池包,并可通过“加热触发电芯热失控实验”,即单个电芯在被触发发生热失控之后,整个电池包只冒烟不起火。

欣旺达基于电芯设计、制造、模组、BMS再到PACK系统,构建了五层安全设计模型。

电芯为5X三元体系,采用单晶、高电压中镍材料,产热比多晶三元材料低至少20%,正极释氧温度高30%,能量密度比目前的高镍体系接近,材料安全性更具优势。

同时,所有核心器件及BMS系统均满足功能安全ASILD级要求,该BMS系统还可提前对电芯进行精准诊断,对热失控进行提前预警,预判电池的潜在危险。

此外,该方案在电池应用端提出的云安全,可以对电池健康状态及安全进行综合评估与监测,通过大数据和机理模型保证电池的安全运行。

岚图汽车

3月17日,东风旗下岚图汽车在线举办三元锂电池安全技术分享会,三元电池在热失控触发并发出热事件报警信号后,无冒烟、无起火、无爆炸现象发生。

电芯方面,电芯顶部导入耐超1000℃隔热阻燃层,电芯间建立“三维隔热墙”,在电池包内使用超强高分子隔热阻燃材料,对每个电芯实现单独的三维立体包裹,在电芯与电芯之间形成高效的隔热阻燃防护层。电芯采用小单元+防爆阀硬壳设计。

即便某个电芯单体发生热失控,三维隔热墙可以确保其释放的能量最小化,避免波及到周围其他电芯,进而防止电池包系统发生热失控。

定制化开发车身框架防护、电池外壳防护、电池包横梁防护、电池包吸能防护、电池双极双保险防护等5层电池防护结构,设计保障电池包结构强度安全。

独创“H-Guard”云端电池管理平台,可基于不同使用场景解析108个电池参数,通过大数据平台精准分析,对电池异常、电池自燃等进行提前预测和预警,延长动力电池使用寿命。

原标题:竞逐三元电池包“不起火”

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