什么是“锁电”?“锁电”是否有希望被解决
什么是“锁电”
“锁电”是通过BMS软件设定的电池充电和放电的SOC阈值,目的是防止电池因为过充电或过放电造成电池过热引起自燃,或者不可逆的损害引起充电性能衰减,从而导致电池无法充电损坏。
为什么要“锁电”
首先是充电,不管是NCM三元、LFP磷酸铁锂还是LCO钴酸锂,充电这一过程的本质是锂Li+从正极晶格出来穿过电解液隔膜到负极,嵌入石墨层间。
而在低温环境下,分子运动能力下降,电化学反应速度以及物质传输都会减慢。
太慢的锂离子/原子传输,会有大量的锂堆积在电极与电解液界面,挤不进石墨层里就会直接在负极表面得到电子变成金属锂,堆积成锂枝晶,极易造成隔膜破裂,从而引发电池内部短路,发生火灾。
而在低温放电过程中,如果放电深度过于“深邃”,同样是因为分子运动能力下降,Li+挤在正极晶格表面,在堆积之后顶端的锂失去了与负极的连接,成为“死锂”之后就是容量的永久损失,充电性能衰减。
除此之外,冬季电池的过放电还会造成SEI膜(钝化层)的增厚、电极材料局部晶格被破坏、电解液的极化分解等,这些同样是让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,为保证电池的安全性,各车企都会对电池的充放电电量进行限制,但是不同车企的热管理系统存在差异,因此对电池本身电池电量限制程度就会存在差异。
解决/改善“锁电”电池新技术
电池的能量密度越高,续航里程相相应越长,能量密度提高意味着“锁电”问题同样会得到改善。业内专业人士指出,目前磷酸铁锂和三元锂电池的能量密度都已经接近理论极限,高镍材料+硅碳负极单体能量密度极限在300Wh/Kg左右,目前宁德时代和国轩高科都已经达到这个水平。
富锂锰基+硅碳负极单体的能量密度极限在400Wh/Kg左右,中国提出的目标是在2025年达到这个水平,还有5年时间,能量密度要提升33%。但是越接近理论极限,研发投入的边际产出就会越低,进步的速度就会越缓慢。在此背景之下,固态锂离子电池被认为是最有可能的下一代锂电技术,固态电池能量密度具备突破500wh/kg的潜力。
锂离子电池采用有机液体电解液,在过度充电、内部短路等异常的情况下,电池容易发热,造成电解液气胀、会自燃甚至爆炸,存在严重的安全隐患。固体电解质的全固态锂电池,采用固体电解质,不含易燃易挥发成分,彻底消除电池因漏液引发的电池冒烟、起火等安全隐患,被称为最安全电池体系。
固态电池不需要电解液和隔膜,固态电解质取代相同的能量密度下,固态电池的厚度会减小。在使用固态电解质后,石墨负极可用金属锂替代,减轻负极材料的用量,使整个电池重量明显减轻。
目前最新发布的广汽埃安 LX PLUS搭载的硅海绵负极技术电池,蔚来ET7 宣称的固态电池(其实是半固态电池,真正固态电池还未商业化),智已L7掺硅补锂技术电池续航里程突破1000公里,一定程度上改善了电动汽车“锁电问题”但未彻底解决。
下一代固态电池技术突破实现商业化生产,才能完全解决制约电动车“锁电”的电池安全性和续航里程问题。