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给电池做个“B超”

作者:宋检 时间:2022-12-13 来源:互联网

起火、燃烧、爆炸……随着新能源汽车保有量的增加,与动力电池相关的安全事故似乎越来越多。

 

“这些年,因为过充、过热、机械损伤等问题,电动汽车的安全事故时有发生。”在3月30日爱思唯尔在线组织的能源前沿论坛上,华中科技大学教授黄云辉说。

 

新能源汽车国家大数据联盟曾发布的《新能源汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示,仅去年5月至7月,就发生了79起自燃安全事故,平均每**半就有一起事故发生。

 

黄云辉介绍,目前,车用动力电池以三元锂电池和磷酸铁锂电池为主,市场集中度*高,但动力电池在高能量密度、高安全、长寿命、低成本方面均面临挑战。

 

于是,如何以科技手段确保电池安全,成为黄云辉关注的问题。“锂离子电池的安全性是其在电动汽车和规模储能领域应用中*重要的性能指标,特别是对高能量密度的电池来说。”黄云辉说。

 

在他看来,电池安全问题出现的主要原因是电池的热失控和安全性失效,因此,在设计高能量密度和高安全电池时,需要有一些面向电池材料、电芯、模组及系统等的研发策略,其中之一就是要想办法对电池的健康状态(SOH)和荷电状态(SOC)进行准确监测,以确保电池包中的各个电池工作在适宜的温度和电压范围内,并能够对异常电池及其状态做出预警和切实响应。

 

近年来,黄云辉带领科研团队在研发无枝晶的高容量金属锂负*、超薄的柔性聚合物固态电解质以及面向固态电池的关键电*材料的同时,研发出了锂离子电池超声扫描系统。

 

“这就像是给电池做‘B超’。”黄云辉表示,“以往,‘B超’都是利用超声扫描观察人体内部结构,如今我们可以通过超声扫描检测电池的内部状态。这个技术准确地讲,是通常使用的‘B超’的升级版——‘C超’技术。”

 

基于超声技术,超声扫描设备系统通过可视化技术,可以在静态或在线情况下无损地直接透视电池内部,直观观察到电池内部的缺陷及气体和液体分布。同时,该系统还可以利用超声阻抗的改变,检测电*材料脱嵌锂及固体电解质界面膜(SEI膜)生长情况,快速诊断并发现电池内部微量产气,监测判断电池使用过程中的健康状态。

 

黄云辉介绍,电池超声扫描设备与X射线检测技术有很强的互补性,可以解决许多X射线不能解决的问题。比如可以利用超声波在电解液浸润不良区域透射率低的特性,检测电解液浸润情况;通过对电池内部微升级气体检测,评价电解液稳定性、三元材料包覆层有效性、析锂*限工况等各类SOH指标;通过观察电池故障伴随的超声特征值的急剧变化,及早剔除故障电芯,避免严重的安全事故;通过电池循环过程中超声信号的衰减变化预测电池的循环寿命;此外,设备还可以检测电池的荷电状态,对电池SOC估算精度的误差在1%-3%,远高于常规手段。

 

2015年,在国家自然科学基金委的项目支持下,黄云辉及其团队就开始了对电池超声扫描分析技术的基础研究,将超声信号和电池的电化学信号结合起来。2017年起,他们在华中科技大学无锡研究院开展自主知识产权技术开发,成功研制了适用于不同场景的电池超声扫描仪系列产品,成为国际上*早的锂电池超声无损智能诊断系统。

 

对于该类电池超声扫描仪,特斯拉电池项目研究主席杰夫·达恩教授在使用后评价道:“我们已经用它来研究电解液浸润、电解液稳定性以及老化电池中电解液的损耗,我们认为它还可以被用于研究电池内电解液*化过程,这方面实验已经开始,还可以想象用这台优秀的仪器完成许多其它实验。该设备的软件也很好用,一个小时的培训即可轻松掌握。”

 

黄云辉表示,目前电池超声扫描技术及其相关产品已经服务于华为、特斯拉、宁德新能源等十余家锂离子电池产业链企业,解决了许多技术难题,并将不断完善,以发挥更大作用。

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