一、什么是锁电?
所谓锁电,是BMS软件设定的电池充放SOC阈值,旨在防止电池过热引起自燃或不可逆损坏,导致电池不能充电损坏。
二、为什么要锁电?
首先是充电,无论是NCM三元、LFP磷酸铁锂还是LCO钴酸锂。充电过程的本质是锂Li+通过电解质隔膜从正极晶格到负极嵌入石墨层。
汽车公司如何解决锁电问题?引起争议。
在低温环境下,分子运动能力下降,电化学反应速度和物质传输减慢。
锂离子/原子传输过慢,电极和电解质界面会堆积大量锂。如果挤不进石墨层,电子会直接在负面表面变成金属锂,堆积成锂枝晶,容易造成隔膜破裂,导致电池短路和火灾。
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在低温放电过程中,如果放电深度过于深,也是因为分子运动能力下降,Li+挤压在正极晶格表面。积累后,顶部锂与负极失去连接,成为死锂后,容量永久损失,充电性能下降。
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此外,冬季电池过放电也会导致SEI膜(钝化层)增厚、电极材料局部晶格损坏、电解质极化分解等,这也是使寿命和容量永久衰减的关键。
电池的热管理技术也是热失控的关键之一。为了保证电池的安全,各汽车公司都会限制电池的充放电,但不同汽车公司的热管理系统存在差异,因此电池本身的电池电量限制会有所不同。
三、解决/改进锁电电池新技术。
电池能量密度越高,续航里程越长。能量密度的提高意味着锁电问题也会得到改善。业内专业人士指出,磷酸铁锂和三元锂电池的能量密度已接近理论极限,高镍材料+硅碳负极的单体能量密度极限约为300Wh/kg。目前,宁德时代和国轩高科技已达到这一水平。
富锂锰基+硅碳负极单体的能量密度极限约为400Wh/kg。中国的目标是在2025年达到这一水平。在五年内,能量密度将提高33%。然而,越接近理论极限,研发投资的边际产出就越低,进展速度就越慢。在此背景下,固态锂离子电池被认为是最有可能的下一代锂技术。固态电池的能量密度有潜力超过500wh/kg。
锂离子电池采用有机液体电解质。在过度充电、内部短路等异常情况下,电池容易发热,导致电解质膨胀、自燃甚至爆炸,存在严重的安全风险。固体电解质全固体锂电池,采用固体电解质,不含易燃挥发性成分,完全消除电池泄漏引起的电池烟雾、火灾等安全风险,被称为最安全的电池系统。
固态电池不需要电解质和隔膜。当固态电解质取代相同的能量密度时,固态电池的厚度会降低。固态电解质使用后,石墨负极可以用金属锂代替,减少负极材料的用量,显著减轻整个电池的重量。
目前,广汽埃安LXPLUSPLUS配备硅海绵负极技术电池,威莱ET7声称固态电池(实际上是半固态电池,真正的固态电池尚未商业化),智能L7掺硅锂技术电池范围超过1000公里,在一定程度上改善了电动汽车的锁电问题,但尚未完全解决。
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只有突破下一代固态电池技术,实现商业生产,才能完全解决制约电动汽车锁电的电池安全性和里程问题。
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