美国将研发可提高电池安全性的电池检测系统

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　　由于电动车还处于发展的初级阶段，至今为止还没有开发出一个能有效衡量动力电池安全性的系统。为了弥补这方面的空白，美国通用、福特以及密西根大学决定通过合作，致力于研究出一个能全面监测电池组运行状况的动力电 由于电动车还处于发展的初级阶段，至今为止还没有开发出一个能有效衡量动力电池安全性的系统。为了弥补这方面的空白，美国通用、福特以及密西根大学决定通过合作，致力于研究出一个能全面监测电池组运行状况的动力电池检测系统，以进一步保证电池的安全性，并延长其寿命。

　　目前，该研究项目已经获得了美国能源部的310万美元的资金支持。据悉，最终研发的电池管理系统将能帮助车企对电动车电池组进行实时分析和检测，并及时发现单个电池出现的问题，从而提高整个电池组的安全性和寿命。密西根大学一化学工程教授指出，随着电动车电池组的老化，要保证电池组中的每个电池均能健康运行，就得对电池状况进行频繁拍照，并提供更多的关于电池各方面的数据。

　　目前，通用方面已经开发出了一个超薄的电池传感器。该传感器可以对电池组各方面的运行状况进行更加详细的检测。

　　如单体锂电池的温度、电压以及能量消耗等，均能实时地通过传感器反映给车主。目前，密西根大学教授正对收集回来的各方面数据进行分析统计，并拟设计出一个更加精密的电池分析系统。 目前，美国通用、福特以及密西根大学将基于电池传感器成果的基础上建立一个更完善的电池检测系统。电池管理系统开发出来后，将首先被放到福特福克斯电动车上进行试验。而福特工程师也将通过电池管理系统在整车上应用的表现，来进行分析验证，以推动其得到更快的商用化。据预计，该研究项目将在三年内完成。

　　钛酸锂离子电池胀气原理

　　学术界认为钛酸锂/NCM电池胀气比石墨/NCM严重的原因是，钛酸锂无法像石墨负极体系电池相同，在其表面形成SEI膜，抑制其与电解液的反应。在充放电过程中电解液始终与Li4Ti5O12表面直接接触，从而造成电解液在Li4Ti5O12材料表面持续还原分解，这可能是导致Li4Ti5O12电池胀气的根本原因。

　　气体的重要组分是H2、CO2、CO、CH4、C2H6、C2H4、C3H8等。当把钛酸锂单独浸泡于电解液中时，只有CO2出现，其与NCM材料制备成电池后，出现的气体包括H2、CO2、CO以及少量气态碳氢化合物，并且作成电池后，只有在循环充放电时，才会出现H2，同时出现的气体中，H2的含量超过50%。这表明在充放电过程中将出现H2和CO气体。

　　LiPF6在电解液中存在如下平衡：

　　PF5是一种很强的酸，容易引起碳酸酯类的分解，而且PF5的量随温度的升高而新增。PF5有助于电解液分解，出现CO2、CO及CxHy气体。据相关研究H2的出现来源于电解液中的痕量水，但是一般电解液中的水含量为20×10–6左右，对H2的产量贡献很低。上海交通大学吴凯的实验选用石墨/NCM111做电池，得出的结论是H2的来源是高电压下碳酸酯的分解。

　　二、钛酸锂离子电池胀气抑制

　　目前抑制钛酸锂离子电池胀气的解决方法重要有三种，第一、LTO负极材料的加工改性，包括改进制备方法和表面改性等;第二、开发与LTO负极相匹配的电解液，包括添加剂、溶剂体系;第三、提高电池工艺技术。

　　(1)提高原材料纯度，防止制造过程中杂质的引入。杂质颗粒不仅会催化电解质的分级出现气体，同时也将大大降低锂离子电池的性能、循环寿命和安全性，因此必须尽可能减少电池中杂质的引入。

　　(2)钛酸锂表面覆盖纳米碳颗粒。负极LTO形成气体的表观原因是SEI膜形成较慢，较少，导致胀气现象伴随其一生。研究发现，在钛酸锂和电解液界面之间建立隔绝层(如构建纳米碳包覆层于钛酸锂表面(LTO/C)，协同包覆层上形成的固体电解质界面(SEI)膜一方面减少了LTO材料与电解质的接触面积，阻止气体的出现。

　　另一方面碳本身可以出现SEI膜弥补LTO的不足，同时还可以增强LTO材料的导电性。上述研究成果对解决钛酸锂离子电池产气行为具有重要的意义，对高能量的钛酸锂动力锂电池设计与规模化应用和发展具有促进用途。

　　(3)改善电解液功能性。关于新型电解液的开发，很多专利都倾向于添加剂的使用，以促成在LTO表面形成致密SEI膜，来抑制LTO与电解液界面副反应的发生。某些电解剂添加剂，例如氟化的碳酸盐和磷酸盐，有利于在正极表面形成稳定SEI膜，减少正极表面金属离子的溶解，从而降低气体的出现。

　　成膜添加剂也能抑制产气量，加入的成膜添加剂有硼酸锂盐、丁二腈或己二腈、R-CO-CH=N2结构的化合物(其中R为C1～C8的烷基或苯基)、环状磷酸酯、苯基衍生物、苯乙炔衍生物、LiF添加剂等，这些成膜添加剂都有利于LTO表面形成SEI膜，一定程度上抑制了胀气的发生。

　　(4)正极表面涂层。在正极表面覆盖稳定的化合物，例如氧化铝等能够有效抑制金属离子溶解。但是过于复杂的包覆层会抑制锂离子脱嵌，影响材料电化学性能。

　　(5)提高电池生产工艺。电池生产时，要控制环境湿度、操作过程水分引入等。从气体的出现原因可知，空气中的水分会与正极材料反应形成碳酸锂并加速电解质分解，生成二氧化碳。此外，钛酸锂材料本身具有极强的吸水性(要在干房进行操作)，负极极片吸收水分后会与电解液可逆分解所出现的PF5反应生成H2，因此严格的水分控制至关重要。