与几年前相比电动汽车技术有了明显提升,但新产品的推出和迭代依旧绕不开“续航”这个关键数据,续航也成为用户围绕纯电动车最多的话题之一,严选EV续航能耗季的初衷就是跟大家一起聊聊续航这件事。


此次,我们有机会与武汉大学教授艾新平进行了一番对话,艾教授为我们解答了电池续航及安全等相关问题。


能量密度提升需更成熟的正极材料打辅助


熟悉电池产业的人都知道,电池能量密度是影响纯电动汽车续航的主要因素(另一个是电耗),锂电池能量密度的提升离不开材料的突破。至少在未来几年中,车载动力电池正极材料会往高镍无钴和富锂锰基材料体系发展。

武汉大学教授艾新平:提升续航需研发更成熟的电池正极材料

当前锂离子电池负极材料以石墨为主,石墨的理论克容量为372mAh/g,而三元正极材料镍钴锰约为200mAh/g(磷酸铁锂为160mAh/g)。


针对现有电解液体系下电池能量密度的提升空间,艾新平认为主要取决于正极材料。 “当前锂电池的能量密度主要受限于正极的容量,负极石墨容量现在能做到360 mAh/g,而正极即便是高镍也只有210 mAh/g,只有负极的一半。“


与木桶理论一样,锂离子电池的能量密度下限取决于正极材料。只有正极材料有所突破,能量密度才能更进一步提升,从而增加车辆整体续航。


“提升正极材料不是没有思路,只是目前还在探索成熟的材料体系,比如富锂锰基材料容量可达到300 mAh/g,但其循环过程中电压衰减等难点还需要进一步克服,商业化应用还需时间”。


可以预见的是,富锂锰基材料具备工作电压高和克容量高特点,这种材料可以减少用钴量,其成本比三元材料低。

武汉大学教授艾新平:提升续航需研发更成熟的电池正极材料

未来,随着高电压电解液技术的成熟,富锂锰基动力电池将成为高比能锂动力电池的主流产品。


当然,动力电池更长远的未来则属于固态电池。固态电池能够同时解决续航里程与电池安全的最优方法。


固态电池由于不需要液体的浸润,仅需要固态电解质将正负极片隔开,这这项技术最大的挑战也就在于。相比液态电解液,固态电解质电导率相对较低,内阻较大,倍率性能偏低,此外快充对固态电池挑战也巨大。


而固固界面问题也存在诸多问题亟待解决,艾新平表示,全固态电池的界面问题目前仍没有较好的解决办法,不同于液体电解液的面接触,固固界面属于点接触,电池充放电体积变化会导致接触点断开。

武汉大学教授艾新平:提升续航需研发更成熟的电池正极材料

艾新平表示,“如果按照目前技术水平,离固态电池应用还非常远。”


电池安全仍任重道远


新能源汽车快速发展的同时,电池安全也成为公众最为关心的话题。据《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示,从2019年5月起新能源共发生79起安全事故,涉及车辆96辆。


在已查明起火时原因的车辆中,41%的车辆处于行驶状态中,40%的车辆处于静止停放状态,19%车辆处于充电状态。


市场监管总局官方数据也显示,2019年上半年车企合计召回新能源汽车2.76万辆。

武汉大学教授艾新平:提升续航需研发更成熟的电池正极材料

10月初,市场监管总局质量发展局发布《关于进一步规范新能源汽车事故报告的补充通知》,要求新能源汽车发生冒烟、起火事故的,应在事故发生后12小时内,向市场监管总局报告事故基本信息。若造成人员伤亡或重大社会影响的,应在6小时内上报。


看过严选EV电池安全季的朋友都知道,动力电池热失控的原因主要为机械外力挤压碰撞、过充过放引发的内部短路及热量高散射不良引发的热失控。


艾新平向严选EV表示,除去机械外力等外在因素外,电池的不安全行为主要由热失控引起,当电池过充或受高温时,电池内部温度会升高,温度升高到100度时,就会引发一系列的放热副反应,这些副反应放出来的热不能及时疏散,会进一步提升电池温度,放热反应越来越剧烈。最终发生热失控,发生起火或者爆炸。


“解决电池的安全问题,首先要避免短路、过充,其次要进行热保护,尽量避免发生热失控,如果热失控无法避免,应不要起火”。艾新平如是说。


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