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电梯缘何变火海——锂电行业爆发中的安全性拷问

提供来源:上海百贺 日期:2021年05月14日

在国家政策和市场的双重促进下,锂离子电池行业掀起涨停潮。另一方面,自燃、爆炸等事故时常见诸报端,5月10日,成都某小区电动车在电梯内冒烟起火爆燃的视频在网络热传,悲剧让人揪心,再次引发了消费者在性能与安全性间的犹疑观望。自20世纪90年代商用以来,锂离子电池作为快速发展的新技术,一直为人类提供技术红利,这一方向,未来可期。在理论支撑、技术创新与检测手段的多重保障下,安全性这一顽石必将销蚀于技术革新的浪潮中。岛津作为专业分析仪器公司,面向锂离子电池行业提供完整解决方案,此次推出《锂离子电池分析检测应用文集》,助力锂电行业安全性攻克之路。

锂电池行业高速发展期有待解决的问题

随着知名企业纷纷进场,消费者已不再惊讶越来越普遍的跨界造车现象。当电动化和智能化成为未来汽车行业的发展趋势,国家开始加大对新能源汽车的投资,也吸引了许多科技和资本巨头对“造车”的跃跃欲试。
让我们简单罗列2021年前四个月中的相关信息:
- 1月,百度官宣以整车制造商的身份进军汽车行业,将和吉利控股集团共同组建集度汽车公司。
- 2月,富士康发文表示,该公司开放软硬件平台将于2021年底发布2-3款电动汽车车型。
- 3月30日,小米集团在港交所发布公告,正式宣布进入造车领域。总裁雷军先生表示将10年投入100亿美元,专注造车事业,以此作为人生中最后一次重大的创业项目。
- 4月17日,华为和北汽发布纯电轿车极狐阿尔法S华为HI版。
……

密集的跨业巨头进场,电动车企扩产增容,以及碳达峰要求下光伏配套储能行业的良好前景,结合消费电子领域稳定增长的需求,锂电池行业迎来新一轮的高速发展期。

然而,另一方面,锂电池事故频繁见诸报端:

4月16日,北京丰台区某储能电站起火,并在处置过程中突然爆炸。

4月,知名电动车企因车辆“自燃而燃”等事故,被《经济日报》特发评论呼吁有关部门介入。

一边是行业需求井喷,一边是动力电池和储能应用领域电池安全问题仍未得到解决,使锂离子电池的安全性受到极大关注。因此,在进一步推进我国当今先进电池技术的进步及产业竞争力(能量密度、生产成本等)提升的同时,安全性是目前急需解决的问题。

纵观锂离子电池发展史,在早期推广阶段,也曾出现电池起火、爆炸等安全性事故。但通过技术研发和工艺改进基本解决了问题。现在我们已经很少看到手机或电脑电池的相关事故。在动力电池和储能领域的推广中,由于充放电电流远高于消费电池,而且自发热大,造成了频出的安全事故。但在巨大应用前景的促进下,锂电行业也将在基础理论的指引下,逐步从技术、材料、工艺和管理等方面突破,跨越安全性这一障碍。

 

岛津解决方案

针对锂电池行业目前的发展现状,岛津根据行业分析和检测需求,结合各条产品线优势产品,整理了《锂离子电池分析检测应用文集》,希望从分析检测的角度,助力锂离子电池的品质提升,为人类更安全地享有锂离子电池的技术红利献上微薄之力。

本应用文集中,从正极、负极、隔膜、电解液和电池组件及辅材五个方面归纳整理了对应材料和组件各项性能的分析应用案例。涉及元素成分、物相结构、形貌、有机成分、材料试验性能和组装电池的内部结构检查。汇集了岛津光谱与表面、色质谱、X射线透视以及材料试验各大产品线的众多仪器种类。

正/负极材料

其中在正负极材料部分,在以等离子体发射光谱、EDX保证纯度和元素配比之外,通过XRD给出样品的物相组成、晶胞结构参数、石墨化度、结晶度和晶粒取向,配合Rietveld精修还可以获得原子占位率信息,如三元材料中的LiNi混排;结合XPS得到的元素价态分析,能够更深入理解电池运作机理,甚至可实现充放电状态下直接进行原位观测。

隔膜和电解液

隔膜和电解液是锂离子电池有机成分的主要来源。红外光谱和色质谱类仪器可用于化合物鉴定与分子结构表征,以及有机组分的定量分析。对于了解材料中的官能团信息非常有效,对精确控制电解液中溶剂比例和重要添加剂的掺入量更十分重要。扫描探针显微镜则从结构分析的角度,将锂电池隔膜材料的孔隙可视化,分别以二维和三维的形式展现,并可得到表面的粗糙度以及详细高度信息的剖面线。对材料鉴定和对锂离子传输的控制起到重要作用。

电池组件及辅材

除材料性能外,电池生产中的卷绕、叠片、辊压等各道工序成效是决定组装电池性能和安全性的重要因素。因此,在《电池及辅材分析》一章中,我们以X射线CT透视电池内部结构,探查电池不良的原因;并使用超微小压缩试验机,对电池受压缩载荷引起的状态变化进行非接触观察与测量,评估电池的机械性能。

作为新兴技术,锂离子电池生产对材料和工艺要求较高,严格的品质管理更是电池质量的保障。作为辅助的分析检测技术,也紧跟行业发展在不断进步。值此岛津《锂离子电池分析检测应用文集》推出之际,诚挚邀请各位行业人士阅览,并提出宝贵建议。我们将立足分析检测,贴合行业需求,不断钻研和发展新技术,为电池和材料的性能保驾护航。

 

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