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鋰電池又爆炸了!誰來解決行業痛點?

4月16日中午,北京市豐臺區南四環某家居市場鋰電池儲能電站發生火災。直到4月17日淩晨,明火才被徹底撲滅。通報稱,火災造成2名消防員犧牲,1名消防員受傷(情況穩定),電站內1名員工失聯。

美國德克薩斯州當地時間4月17日晚,壹輛特斯拉Model S汽車在公路上行駛時撞上壹棵樹並引發大火,導致車上兩名男子死亡。大火持續了4個小時。大火熄滅時,整輛特斯拉汽車只剩下壹個主車架。

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隨著氣溫的升高,各種鋰電池設備似乎變得煩躁不安,起火/爆炸事件接連發生。但鋰電池設備的火災不同於其他火災事件,其巨大的能量密度使其爆炸非常劇烈。電池的燃燒溫度很高,滅火用水會在瞬間被高溫蒸發或電解,這也是儲能電站火災難以撲滅的原因。

既然鋰電池設備爆炸這麽危險,怎麽預防呢?

鋰電池的正負極位於對應的兩端,鋰離子借助電解液在兩個電極之間移動。然而,電池的正負極不能直接接觸,因為這會將能量重新導向電解液。而且電解液本身是壹種極不穩定的化學物質。當它承受大量能量時,會產生大量熱量,與其他化學物質反應產生氣體,並以越來越大的速度釋放熱量。這種不可控的加熱過程被稱為“熱失控”,是電池起火/爆炸的罪魁禍首。所以為了避免這種情況,電池廠會在兩極之間放置壹個隔膜。但鋰電池在高倍率充電(即快充)時,特別是在寒冷的冬季,容易發生嚴重的鋰析出。鋰離子無法在電池正負極正常遊走,只能沈積在電解液中,可能導致鋰電池壽命降低,或者積累的鋰離子會形成鋰枝晶,刺破隔膜,導致電池正負極短路,電池瞬間爆炸。

現有的鋰電池電化學/熱力學檢測方法存在嚴重的信號滯後性,明顯的報警信號只會在電池生命周期結束時,即電池即將發生危險時才會出現,這大大限制了我們針對危險采取對策的時間;而且這些傳統的檢測方法往往伴隨著銷毀和拆卸,這意味著無法對生產線電池進行全面的檢測,這也是電池產品質量控制的困境之壹。

針對當前嚴峻的電池安全問題,清華大學電池安全實驗室與碩德(北京)科技有限公司合作開發了壹套鋰電池超聲波無損檢測系統,利用超聲波對電池進行檢測,以不同於以往的視覺無損檢測提供了壹種全新的電池檢測思路。

"高院士介紹鋰電池超聲波檢測系統"

這種電池監測系統可以檢測/實時監測電池內部產生的各種不良反應,如產氣、析鋰和SOC,以及電池生產中電解液滲透和固態電池凝固的狀態,並可以預測被檢測對象的SOH健康狀態和壽命。這些電池內部的物理變化會被超聲波信號實時記錄下來,並形成C掃描圖像,可以讓我們直觀地看到電池內部出現問題的位置、大小和程度。

電池的c掃描圖像

這種鋰電池超聲波檢測系統的出現,大大縮短了實驗周期,取代了以往大部分危險的拆卸工作,在提高效率的同時保證了實驗的安全。

我們可以想象,鋰電池超聲波無損檢測技術成熟後,不僅可以用於電池的研發過程,還可以用於實驗室之外的電池生產線,讓每壹塊生產出來的電池都有檢測報告,嚴格篩選問題電池,有助於建立電池質量控制標準,把握電池安全的第壹道防線。甚至可以建立電池全生命周期的電池安全檢測生態,在電池使用過程中進行健康監測,壹旦有危險信號立即報警,最大限度減少對人民生命財產安全的威脅。

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