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德耐隆浅谈NCM811无热扩散电池技术
来源:视界烩 2022-11-22 213
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    在上月举行的中国电动汽车百人会论坛(2022),相信很多人都注意到宁德时代首席科学家吴凯在会上公开了宁德时代的最新电池阶段性研发成果:

    “新电池其系统重量、能量密度及体积能量密度继续引领行业最高水平。在相同的化学体系、同等电池包尺寸下,麒麟电池包的电量相比4680系统可以提升13%。”

    这个新电池为宁德时代CTP,cell to pack的第三代产品,内部代号为麒麟。其次在电池安全方面,1000km 具有更高比能的无热扩散技术将会在2023 年实现量产。

    对于行业争议较大的宁德时代NCM811三元锂电池路线,目前宁德时代已经通过多方面的技术创新,研发出了永不起火的811电池,并将在年底率先装配在一些国内领先的OEM厂商提供的车型上进行应用。目前,蔚来汽车和华晨宝马都在使用宁德时代的NCM811电池。

    通过多项技术的革新,全新811电池的安全性已经远远超过了国家标准。曾毓群表示国标只是基本门槛,宁德时代有更高的要求。全新的811三元电池系统可轻松通过热扩散测试,而且时间不是5分钟,而是无热扩散。可以预见的是,如果该电池大面积推广应用,最后的结果是整个电动汽车行业安全性能的提升。除了在动力电池领域的突出成就,曾毓群还在大会上为同行展示了宁德时代与合作伙伴共同开发的电动智慧无人矿山应用场景,并且未来宁德时代还将在工程机械、矿山船舶等各个应用领域和场景,为各行各业提供绿色、安全的发展模式。

    那么“无热扩散”真的能够实现?

    依据会上所说,宁德时代对811电池系统进行了四个方面的提升:

    ①开发出高稳定性正极材料和高安全电解液提高电池耐高温边界;

    ②设计了高集成、强鲁棒的防内短路电极并优化电池包强度;

    ③提升电池热管理中的监控能力;

    ④提升系统热扩散能力。

    实际上,对于523和811,处理方法是相似的,但是这个难度就很大,之前做过的锂电对比发现150Ah 和234Ah在针刺条件下的反应差异性,就很能说明问题。我个人觉得,通过上面的措施,还需要加大电芯间隔热层的厚度,尽可能把第二个电芯发生热失控的时间往后拖。最主要第一颗电芯发生热失控的速度和差异性太大,这就使得整个防护非常不好做,有点像在做DOE实验,一点点控制差异。软包处理这个相对好一点压力释放快,当然做热隔离会困难一些,所以我们应该能看到方壳大电芯会在811之前停留比较长的时间,以解决好电芯的热失控问题,毕竟我们不是面对的是国标的5分钟,是尽可能让单个电芯热失控不引起全局的蔓延。

    对于正处于舆论漩涡的811电池而言,宁德时代此时对外公布“无热扩散”的811可以说给了业界一颗定心丸,同时也让811电池技术更加成熟,但是何时量产又是一个问题。据曾毓群透露:“目前高能量密度,高安全性已经没有问题,只是低成本还需要时间解决,年底将在一些国内领先的OEM厂商的车上应用。”

    保证811电池的安全性主要是解决它稳定性差和热失控的问题。对于解决这两大问题小编认为可以通过需要物理方法和软件方法双管齐下。先说物理方法,其中比较重要的是隔热阻燃。

    1、物理隔热阻燃

    基于热失控机理,清华大学电池安全实验室发展了动力电池热失控主动安全防控技术——电池充电析锂与快充控制、电芯内短路与电池管理、单体电芯热失控与热设计,在前面几种防控措施失效情况下,还有最后一关就是系统层面的防控,即电池系统热蔓延与热管理。被动防护的很大一部分工作是传递给零部件企业或材料企业,他们需要提供好的防爆产品和耐火隔热材料。动力电池包层面重要的工作则是构建一个有效的防护系统,将各种方案和技术配置一个最适合自己的设计。而广州市绿原环保材料有限公司研发的德耐隆改性耐火隔热毡成本更低效果更好的抑制热失控蔓延。

    德耐隆Telite®产品由二氧化硅及陶瓷纤维毡复合制备而成,产品内部具有纳米级空隙可以减慢热传导,提供最低的热传导值,抗热冲击性优异。该纤维毡能够在压缩70%后完全回弹,能够承受自身重量的数千倍的重压而不发生碎裂,过千次压缩循环测试后仍具有很好的回弹性。更重要的是,这种纳米氧化硅纤维毡能够在1500℃丁烷火焰和液氮中保持良好的柔性,长期使用温度为1200℃。高温下稳定性好,不脆裂。可作为高温隔热密封垫,阻隔热短路,熔融金属处密封垫,隔离(防烧结)材料领域。

    2、高效电池恒温系统

    软件层面就是电池的热管理系统,俗称电池保姆或电池管家(BMS),通过电池恒温系统让相对活跃的811电池稳定在合理的工作温度。

    BMS系统是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,其主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。电池管理系统(BMS)主要就是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。

    目前U Union就采用液冷系统,这样可保证电池组内部温度恒定,温差不超过3℃。美国的电池恒温系统在寒冷环境下快速升温,在炎热环境下快速降温。据悉,美国电池组从-30℃加热到15℃需要0.7小时,而从55℃降到35℃则需要0.5小时,恒温系统能耗控制在5%以下。

    3、高于国标的设计标准

    UL2580电池标准是UL在2011年针对车用动力电池安全制定,早先在美国,大部分保险公司都不敢给电动车提供保险,因为它的风险性无法评估。UL在2011年针对车用动力电池安全制定了一个标准认证,即UL2580,只要通过了包括UL2580在内的三个标准认证,各大保险公司就会给电动车进行担保。UL2580标准涵盖了电动车动力电池内部电芯、模组、封包在内一系列认证标准,该标准相比国标更加严苛也更加完善。

    总结

    时至今日,纯电动汽车动力电池的安全问题依然没有得到解决,安全事故屡有发生。到底企业应该如何去攻克这一难题?日前,动力电池有“三安全”,缺一不可。

    "三安全”具体指本质安全、被动安全和主动安全三方面。本质安全是在电芯生产的过程当中,从设计、材料、工艺制造的一个过程管控,涉及制造工艺的精度、设备的优化、不良品的检测等。电池本质安全里头有很多工作需要做,我们实际上与日韩电池企业的差距就在制造工艺和过程管控。

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