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美国教授王朝阳再出奇招 功率增加1.72倍

作者:admin ; 浏览次数:次; 发布时间:2019-01-14 17:22:06

美国教授王朝阳再出奇招 功率增加1.72倍

美国宾夕法尼亚大学王朝阳教授

2017年8月,一则《低温电池问世 全力保障2022年冬奥会》的新闻,曾在业内引起广泛关注。这意味着锂离子动力电池战胜严寒,成为全气候电芯,将帮助电动汽车在寒冷地区运营。

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这一全气候电池原理的提出者,是美国宾夕法尼亚州立大学电化学发动机中心主任王朝阳教授。在提出锂离子电池全气候解决方案两年后,王朝阳又带来了锂离子动力电池方面的新进展——免管理电池(MFB)。他在1月13日,中国电动汽车百人会第五届论坛(2019)上,进行了详细的讲解。

王朝阳的MFB电池,采取了听起来有些奇特的制备方案,先钝化正极材料和电解液,然后加温应用。王朝阳称, MFB有望在提高动力电池安全性、简化热管理系统、提升电池集成效率上做出突出。王朝阳据此问:“MFB是不是我们的终极电池?大家可以考虑。”

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从电池自加热到MFB

“比能量越高,则稳定性越差”,二者不可兼得。

常规锂电池研究思路是,采用活性更高材料替换原有材料,比如:NCM替换LFP、NCM811替换NCM622/523等。但在提升电池能量的同时,其安全性必然做出一定牺牲。

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王朝阳研究思路正好与之相反,他的设想是将活性材料“钝化”。他主张利用磷酸铁锂材料对三元材料进行包覆,比如对NCM811\9055(镍90%、钴5%、锰5%)进行包覆,增加其稳定性;或者在电解液中添加添加剂,来增加电池的内阻,抑制电池材料活性,保证电池安全。

王朝阳介绍,经过以上处理形成的MFB体系常温内阻是原有材料体系内阻的 4-5倍,相当于让常温下电池进入“冬眠状态”,放电功率损失4-5倍,材料活性被抑制,提升了电池稳定性。

将MFB体系和改性前原材料做成2.8Ah的电池产品进行针刺对比实验,MFB产品针刺实验过程中峰值温度仅在100℃左右,而对比产品峰值温度则要高达1000℃。

但有一个问题仍需要解决,内阻增大的电池如何正常使用呢?

王朝阳介绍,需要用热刺激方式迅速调制电化学的动力特性,让MFB电池输出高功率。

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王朝阳介绍,尽管MFB材料常温内阻很大,但通过内加热刺激,其内阻会大幅降低。经测算,在60℃时,其功率将超过正常电池功率水平1.72倍——这将使得电池充电速度提升1.72倍。

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这种内加热技术也正是全气候电池中使用的核心技术。王朝阳介绍,这种加热结构非常简单,在原有电池结构中增加一个镍片,并延伸一个回路,闭合开关可使电池内部迅速升温。从常温25℃上升至60℃仅需要7秒钟,用3%能耗升温20-30摄氏度,内阻降低到与正常电池一致。添加的镍片仅5微米厚,几乎不增加电池重量,这使得电池能量密度也得到了保证。

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