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威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”

說明:

鋰離子電池是一個籠統的概念,型別可包括鎳鈷錳、鎳鈷鋁、鈦酸鋰、磷酸鐵鋰等;被認為有車輛自燃隱患且問題一度確定為鋰電池的汽車品牌並不僅限於威馬,歐美日韓汽車廠商打造的系列知名品牌電動汽車與插電混動汽車同樣出現過,其中部分使用韓國廠商動力電池的系列品牌於2021年的召回數量幾乎是史無前例的。

所以下面討論的內容適用於所有存在相同問題的車輛,反之,沒有問題的車輛則說明從動力電池到控制單元都沒有缺陷。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”



“充電”怎麼充

這一二十年裡在交通工具領域中,提及最多的詞應當就是「充電」;給電瓶車充電,給汽車充電,給手機充電,給自己“充電”——給自己“充電”是在餓了、渴了或精神世界空虛的時候,進行吃喝和閱讀的操作……於是乎充電就被認為是把電池裡面的“電能”用完,然而插上充電器透過細細的電線把電力輸入到電池裡,感覺就像是餓了就吃、吃完再拉、拉空了再吃一樣。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”

然而充電從來都不是這個概念。

充電的本質為化學反應,以鋰電池為例,充電的時候是透過電網輸入的電流作用於極板,讓鋰離子從正極脫嵌(可理解為脫附/脫離),透過嵌入路徑嵌入負極;反之,放電的時候則鋰離子從負極到正極的脫嵌與嵌入,過程中形成了可以利用的電流。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”



什麼是“析鋰”

充電不是“用空了再灌”,充電是化學反應,可以有正常反應和異常反應;所謂的“析鋰”就是一種異常反應,如果在鋰離子正極脫嵌的時候充電裝置存在問題,或者配合充電裝置的控制單元存在問題,這就可能造成脫嵌鋰離子無法嵌入負極!這些鋰離子在析出後只能留在負極的表面,並且形成一種灰色的物質,這種異常現象就叫作析鋰。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”

而造成析鋰現象的原因不僅包括充電裝置的問題,核心因素主要是以下三點。

  1. 控制單元
  2. 嵌鋰路徑
  3. 材料異常

這些因素都有可能造成固定位置析鋰。

威馬曾經說明過使用的動力電池(未說明品牌)存在動力電池材料混入雜質的問題,這就有可能造成異常的析鋰;析鋰會造成電池效能的下降,完整充放電次數縮減,快充容量也會下降。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”



“枝晶”是什麼

只要存在異常的析鋰就有可能產生“鋰枝晶”,簡而言之,鋰枝晶就是鋰離子脫嵌還原時形成的“樹枝狀金屬鋰”,還原就是指充電時脫嵌;也就是說鋰枝晶形成於充電過程,不過析出的鋰不一定都是枝晶,只是有這種金屬鋰的存在。

鋰枝晶對於動力電池的安全效能和穩定效能會有極大的挑戰。

因為鋰枝晶的形成與積累會造成鋰離子電池迴圈過程中的、電機和電解液介面的不穩定,還會破壞固體電解質介面膜;鋰枝晶的形成要不斷消耗電解液,並造成金屬鋰的不可逆沉積,這就像似電瓶車的鉛酸電瓶極板硫化形成硫酸鉛結晶體,影響極板放電容量和電解液(硫酸溶液濃度)的概念相當。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”

鋰枝晶等於“死鋰”,對於動力電池的影響為降低庫倫效率,概念說白了就是充電輸入的電量不能全部用來激發活性物質轉化為充電態,部分被損耗,介面鈍化、電極活性材料異常、電解質分解,庫倫率就會下降。不過最嚴重的問題不是對續航的影響——而是鋰枝晶有可能刺穿隔膜!直接結果就是隔膜刺穿後導致鋰離子電池內部短路,電池快速熱失控,導致電池燃燒或爆炸。

這是不少知名品牌電動汽車自燃的原因,包括某拉、某克、某來、某代、某特等等,甚至包括某外國知名手機品牌都不例外。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”

此類車輛出現問題的時候主要為快充,析鋰導致快充容量異常,快充時的高功率會讓電池溫度偏高;如果電池已經異常但控制單元“沒發現”的話,正常快充就有可能造成熱失控,自燃也就不足為奇了。所以此類問題車的根源還是在於電池,但控制單元也有漏洞,不能及時發現與解決問題也是不對的;但是在發現問題後不採取更換動力電池組的方式解決,而是透過“OTA”或者售後“刷機”的方式去“鎖電”,也就是透過修改控制單元的軟體程式(資料),限制充電功率、動力電池組可充電的實際容量,以及最大放電功率(幾C降到幾C),這就不可取了。

很顯然這是用作弊的方式掩蓋車輛存在的缺陷,可是這只是能延緩異常析鋰,根本問題還是沒有解決。

那麼以後是不是電池差了一些就要再次鎖電,感覺這就像一扇破舊的大門,漏了一塊不去修復或換門反而是“加鎖”,鎖到最後貌似只有鎖卻沒有門了……存在鎖電問題的品牌被曝光過一些,特斯拉在挪威被起底,廣汽豐田和埃安出現過鎖電,現在又是威馬,這個問題不能再忽視了,此類問題車這麼搞下去無疑是在埋隱患。

威馬車輛自燃的可能性:鋰離子電池的“析鋰”與“枝晶”



編輯:天和Auto-汽車科學島

天和MCN釋出,保留版權保護權利

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分類: 動漫
時間: 2022-02-19

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