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給電池做個“B超”

作者:宋檢 時間:2022-12-13 來源:互聯網

起火、燃燒、爆炸……隨著新能源汽車保有量的增加,與動力電池相關的安全事故似乎越來越多。

 

“這些年,因為過充、過熱、機械損傷等問題,電動汽車的安全事故時有發生?!痹?月30日愛思唯爾在線組織的能源前沿論壇上,華中科技大學教授黃云輝說。

 

新能源汽車國家大數據聯盟曾發布的《新能源汽車國家監管平臺大數據安全監管成果報告》顯示,僅去年5月至7月,就發生了79起自燃安全事故,平均每**半就有一起事故發生。

 

黃云輝介紹,目前,車用動力電池以三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池為主,市場集中度*高,但動力電池在高能量密度、高安全、長壽命、低成本方面均面臨挑戰。

 

于是,如何以科技手段確保電池安全,成為黃云輝關注的問題?!颁囯x子電池的安全性是其在電動汽車和規模儲能領域應用中*重要的性能指標,特別是對高能量密度的電池來說?!秉S云輝說。

 

在他看來,電池安全問題出現的主要原因是電池的熱失控和安全性失效,因此,在設計高能量密度和高安全電池時,需要有一些面向電池材料、電芯、模組及系統等的研發策略,其中之一就是要想辦法對電池的健康狀態(SOH)和荷電狀態(SOC)進行準確監測,以確保電池包中的各個電池工作在適宜的溫度和電壓范圍內,并能夠對異常電池及其狀態做出預警和切實響應。

 

近年來,黃云輝帶領科研團隊在研發無枝晶的高容量金屬鋰負*、超薄的柔性聚合物固態電解質以及面向固態電池的關鍵電*材料的同時,研發出了鋰離子電池超聲掃描系統。

 

“這就像是給電池做‘B超’?!秉S云輝表示,“以往,‘B超’都是利用超聲掃描觀察人體內部結構,如今我們可以通過超聲掃描檢測電池的內部狀態。這個技術準確地講,是通常使用的‘B超’的升級版——‘C超’技術?!?p>

 

基于超聲技術,超聲掃描設備系統通過可視化技術,可以在靜態或在線情況下無損地直接透視電池內部,直觀觀察到電池內部的缺陷及氣體和液體分布。同時,該系統還可以利用超聲阻抗的改變,檢測電*材料脫嵌鋰及固體電解質界面膜(SEI膜)生長情況,快速診斷并發現電池內部微量產氣,監測判斷電池使用過程中的健康狀態。

 

黃云輝介紹,電池超聲掃描設備與X射線檢測技術有很強的互補性,可以解決許多X射線不能解決的問題。比如可以利用超聲波在電解液浸潤不良區域透射率低的特性,檢測電解液浸潤情況;通過對電池內部微升級氣體檢測,評價電解液穩定性、三元材料包覆層有效性、析鋰*限工況等各類SOH指標;通過觀察電池故障伴隨的超聲特征值的急劇變化,及早剔除故障電芯,避免嚴重的安全事故;通過電池循環過程中超聲信號的衰減變化預測電池的循環壽命;此外,設備還可以檢測電池的荷電狀態,對電池SOC估算精度的誤差在1%-3%,遠高于常規手段。

 

2015年,在國家自然科學基金委的項目支持下,黃云輝及其團隊就開始了對電池超聲掃描分析技術的基礎研究,將超聲信號和電池的電化學信號結合起來。2017年起,他們在華中科技大學無錫研究院開展自主知識產權技術開發,成功研制了適用于不同場景的電池超聲掃描儀系列產品,成為國際上*早的鋰電池超聲無損智能診斷系統。

 

對于該類電池超聲掃描儀,特斯拉電池項目研究主席杰夫·達恩教授在使用后評價道:“我們已經用它來研究電解液浸潤、電解液穩定性以及老化電池中電解液的損耗,我們認為它還可以被用于研究電池內電解液*化過程,這方面實驗已經開始,還可以想象用這臺優秀的儀器完成許多其它實驗。該設備的軟件也很好用,一個小時的培訓即可輕松掌握?!?p>

 

黃云輝表示,目前電池超聲掃描技術及其相關產品已經服務于華為、特斯拉、寧德新能源等十余家鋰離子電池產業鏈企業,解決了許多技術難題,并將不斷完善,以發揮更大作用。

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