登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
2锂电池储能系统安全事故演化分析
储能安全问题是系统性问题,事故的发生往往由多因素交互作用演化发展,最终导致电池滥用及热失控的发生。借鉴韩国储能事故报告对安全诱因的分类,本文将安全事故成因划分为电池本体、外部激源、运行环境及管理系统四类,并讨论四类诱发因素的相互作用机制及对电池滥用和失控过程的触发机制。图2归纳了四类诱发因素交互及滥用触发关系。
图2锂电池储能系统安全事故诱发因素及其交互关系
2.1电池本体因素
由电池本体诱发安全事故的来源主要包括电池制造过程的瑕疵以及电池老化带来的储能系统安全性退化两方面。
电池在生产制造过程中,存在涂布过程金属污染物颗粒混入、正负极流体边缘毛刺等概率。虽然韩国储能事故调查中对该类问题进行了验证性测试,指出180次循环内未发现电池故障,但受循环次数和循环工况的限制,该结果的得出未考虑毛刺、颗粒随电池老化而发生形态演化问题。研究表明,Fe、Ni等金属颗粒污染物混入电池内后,会随着电池老化的进行逐渐分解并沉积在负极表面,形成枝晶并逐渐演化为微内短路。由于Fe、Ni等金属熔点远高于Li,形成的微内短路不像锂枝晶会熔融消退,而是逐渐扩展为硬短路,导致隔膜结构破坏及热失控的发生,其危害甚至高于锂枝晶生长造成的内短路。
关于锂离子电池的老化过程性能变化,理论研究已经定性揭示了这个过程:在锂离子电池运行过程中,副反应会导致电池的阳极和阴极都发生老化。对碳基阳极来说会产生一层SEI(固体电解质界面)膜,SEI 膜对电池正常运行有益且必要,但电解质分解产生的副反应会导致电池性能衰退。老化过程中SEI膜因电解质的反应产物的沉积而变厚;阴极的表面也会产生一层表面膜,在老化过程中膜的厚度变化不会很明显,但其孔隙率、电导率和扩散系数会因副反应产物的沉积堵塞已生成的表面膜微孔且随着时间发生变化。负极的SEI膜变厚,使电池阻抗增加和发生不可逆的锂损失,最终造成容量衰减;而正极的活性颗粒受到沉积物的阻塞同样会增加阻抗,导致可用活性物质和容量减少。
上述论断是电池在常规使用条件(适宜温度,一般为20~40 ℃;低倍率放电;容量衰减小于20%)下电池内部的变化;在非常规的运行环境及管理系统因素影响下,如高温或低温环境、高倍率充放电或电池容量衰减大于20%时,电池内部发生的老化过程更加复杂多变,逐渐演化为安全问题。
图3揭示了锂离子电池老化过程所有可能经历的内部变化。电池的首次充电过程使负极(一般为嵌锂碳)和电解质发生电化学反应,生成SEI膜;在电池的后续循环过程中,电化学寄生副反应使SEI沉积并变厚,电极材料的不断膨胀与收缩导致新的活性位点暴露出来,在快速充放电或电极活性物质分布不均匀的情况下,活性物质(模型中一般简化为颗粒)容易发生粉化、碎裂、脱落或结构错位;与此同时,如果电池长期在高于其额定电流的电流密度下快速充电或低温下充电,其负极表面容易形成金属锂枝晶。金属锂用作电池负极时,也容易产生枝晶,若这两种枝状晶体逐渐生长,容易刺穿隔膜,引起电池内部的短路。此外,当电池过放电时(1~2 V),负极的集流体铜箔开始溶解,在电极上析出形成铜枝晶,易造成电池短路,同样,正极集流体铝的表面氧化膜长时间与电解质相互作用可能发生溶解,使得铝箔被电解质腐蚀。
图3锂离子电池老化造成的内部变化
电池制造瑕疵及老化过程枝晶生长可能造成的直接后果是电池内短路,并由内部短路位置的局部过热逐渐触发电池材料的链式放热副反应。电池过热时触发的副反应带有正极金属氧化物晶格释氧的放热反应,即使在外界强制冷却或人为密封隔离(无氧)的情形下,也不能有效阻止锂离子电池的热失控发生。
电池本体因素也是外部激源及管理系统失效产生的原因之一。老化严重的电池有可能产生鼓胀及排气漏液等问题,进而腐蚀铜排及连接件等部件,造成接触电阻增大、绝缘性能降低,触发外部激源。电池初始状态及老化程度的不同将造成电池系统的不一致性,在规模化成组的储能系统中,电池间的不一致性将对BMS、PCS等管理系统带来新的挑战。初始缺陷或老化程度更高的短板电池可能在实际运行过程中长期满充满放,甚至过充过放,使得内部缺陷逐渐被放大,最终导致单体及系统的失效。
鉴于电池本体因素的长周期演化特征,研究如何通过电池内部老化机理、电池间不一致性演化以及对应的外部参数变化,实现对储能系统安全性演化趋势的预测和早期预警,是当前锂电池储能系统安全管理亟需突破的重点。
2.2外部激源因素
外部激源包括绝缘失效造成的电流冲击及外部短路等问题,也包括除电池外部件高温产热造成的热冲击,以及某电池热失控后触发的热失控蔓延过程。一般而言,储能电站通常为厂站或集装箱结构设计,电池通常处于静止状态,外部机械激源,如挤压、针刺等行为不构成储能电站安全性的主要矛盾。
短路将直接导致电池迅速升温。常规的换热条件下(自然对流、室温发生故障),新的锂离子电池发生外部短路会发生过热和触发材料相关的副反应,老化电池因为内阻变化的原因,同一短路条件下(SOC、短路电阻相同)可能更容易过热。外部短路的危害与其作用时间直接相关,值得说明的是储能系统以及电池本体通常具备主动和被动的过流保护装置,如系统的熔断器、电池内的正温度系数热敏电阻(PTC)、电流阻断装置(CID)等,能够有效降低外部短路作用时间。
在电冲击方面,韩国事故研究表明,外部电冲击可能造成电池保护装置(直流接触器等)的损坏甚至爆炸,进而造成保护装置附件的二次短路事故发生,产生火灾,并以热冲击的形式作用于电池,诱发更大规模火灾事故。
热冲击将直接造成电池单体或模块过热,有可能演化为热失控。触发热冲击的原因包括连接件老化故障产生的电弧、热失控电池瞬时大量放热给附近电池等等。如果电池散热条件良好或配备有足够强度的主动热管理措施,通往热失控的路线会能够被切断,就可以避免严重的危害发生。因此,包括短路在内的故障发生时,严格监控电池表面温度,通过主动降温等热管理措施避免其超过自加热温度,是降低电池失效和过热发生热失控的有力措施。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
北极星储能网获悉,据延安招商局消息,4月22日,延安市首个锂离子电池储能项目在黄陵县举行签约仪式。该项目由上海润雅鸿真能源有限公司全资建设,总公司为天津润雅科技股份有限公司。本次签约项目位于黄陵县高新区技术产业园,总建设用地面积60亩,配置容量为300MW/600MWh的磷酸铁锂储能系统,配套一
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球小软包锂离子电池出货量54.8亿只,同比下滑2.6%,已经连续两年同比下滑。EVTank表示,全球小软包电池出货量的下滑叠加价格的下跌导致整个行业的市场规模在2023年同比下
日前,合康新能在在互动平台上表示,公司目前没有研发储能锂离子电池。
天力锂能4月16日在投资者互动平台表示,公司2023年研发投入占比接近往年水平,暂未研发锂硫电池。
北极星电池网获悉,据八闽国资消息,近日,宁德70000吨锂离子电池正极材料(CD车间)项目主体结构封顶仪式顺利完成。该项目是福建省重点项目,总投资24.45亿元,主要建设C、D两幢车间及相关配套,项目建成投产后,预计可年产7万吨锂离子电池正极材料。
得益于电池技术不断提升,以及中高端新能源乘用车车型增多,新能源汽车电池包容量越做越大正成为趋势。电池中国观察到,近段时间,国内多款热门中高端新车均搭载了70kWh-150kWh带电量的“大”电池包,纯电续航里程超600公里,甚至1000公里。这意味着“大”电池包已成为中高端新车标配,(超)长续航也成
北极星电池网获悉,据贝特瑞消息,4月8日上午,贝特瑞地中海年产5万吨锂离子电池正极材料项目在摩洛哥丹吉尔科技城举行开工仪式。贝特瑞地中海公司董事长杨顺毅,贝特瑞地中海公司总经理杨平州,丹吉尔地中海港集团服务板块董事长/摩洛哥丹吉尔科技城(SATT)总经理JaafarMrhardy,SATT常务副总经理/CR
4月9日,宁德时代德国图林根工厂获得了大众汽车集团模组测试实验室及电芯测试实验室双认证,成为全球首家获得大众集团模组认证、欧洲首家获得大众集团电芯认证的电池制造商(全球首家获得大众集团电芯认证的电池制造商为宁德时代集团总部)。此次认证,是国际一流车企对宁德时代测试验证能力,以及技术
在全球绿色能源和技术的发展浪潮下,我国电源结构持续优化,可再生能源发电装机规模屡创新高。目前,我国已建成了世界上最大的清洁电力供应体系,在全球清洁能源技术价值链中发挥着核心作用。不同于传统能源的是,可再生能源存在着供应不稳定的特点。不同地区、气候下的能源供需存在巨大的差异,在传统
北极星储能网获悉,4月12日,据国家知识产权局公告,阳光电源股份有限公司取得一项名为“一种储能系统及其电池簇均衡控制方法”的专利,授权公告号CN112865154B,申请日期为2021年3月。专利摘要显示,本发明提供一种储能系统及其电池簇均衡控制方法,其各电池系统的各电池簇分别通过各自DCDC变换器连接
北极星储能网讯:4月3日,中核集团新华水电2024年度磷酸铁锂和全钒液流储能系统集中采购中标候选人公示。共有19家企业入围、1家备选,其中中车株洲所同时入围了磷酸铁锂和全钒液流电池两个标段。据悉,本次新华水电磷酸铁锂储能系统集中采购规模4GWh,包括3GWh的0.5C/2h系统和1GWh的0.25C/4h系统;全钒
北极星储能网获悉,3月11日,国家能源集团发布低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标中标候选人公示。中标候选人情况如下:第一中标候选人:寰泰储能科技股份有限公司,投标报价:2394.62万元,单价:2.993元/Wh;第二中标候选人:四川天府储能科技有限公司,投标报价:2560万元,单价:3.2元/Wh。招
北极星储能网获悉,3月1日,中核集团发布新华水力发电有限公司2024年度全钒液流电化学储能系统集中采购招标公告。公告显示,采购规模约约1200MWh。包含0.25C系统1100MWh,0.5C系统100MWh。招标范围:2024年度新华发电投资建设的新能源发电项目全钒液流电化学储能系统的采购。储能系统(储能电池采用全钒
北极星储能网获悉,据Powin公司官网消息,电池储能系统集成商Powin公司将为英国PulseCleanEnergy公司在英国部署的电池储能项目提供50MW/110MWh的Stack750电池储能系统。这个电池储能系统将部署在苏格兰的Overhill储能项目中,预计将于2025年中期全面投入商业运营。Powin公司将提供电池储能系统,而Puls
北极星储能网获悉,2月1日国家能源集团发布低碳院全钒液流电池储能系统采购公开招标项目招标公告。公告显示,本项目建设的一套全钒液流电池储能系统,配置容量为2MW/8MWh,储能系统接入储能站35kV母线。2MWW/8MWh全钒液流电池储能系统(简称储能系统或系统),由4个500kW/2MWh全钒液流电池储能模块组成
北极星储能网获悉,1月31日,易成新能公告,控股孙公司开封时代与中国电建市政集团签订《中国电建市政建设集团有限公司2023-2024年度新能源项目储能系统集中采购框架协议》,本框架协议含税总价5780万元。本次签订的框架协议所涉及业务属于开封时代的主营业务全钒液流储能设备,如协议顺利执行将对公司
北极星储能网获悉,永泰能源1月29日投资者互动平台回答投资者提问时表示,2021年至2022年火电行业普遍亏损;2023年以来,通过不断提高长协煤兑现率,加之动力煤市场价格逐步回归合理区间,以及采取多种措施增收节支与降本增效,公司所属火电业务经营效益得到持续改善,盈利水平与同行业火电企业相当。2
北极星储能网获悉,2024年1月29日,山东省能源局发布关于第四批能源领域首台(套)重大技术装备推荐项目清单的公示。公告称,根据《国家能源局综合司关于组织开展第四批能源领域首台(套)重大技术装备申报工作的通知》要求,山东省能源局局组织开展了相关申报工作。经组织专家论证,推荐“主给水超声
纽约州消防安全工作组在去年12月底进行的一项分析得出结论,在纽约州运营的电池储能系统在去年发生的多起火灾并没有造成任何伤亡,也没有释放有害毒素。该小组正在评估纽约州运营的电池系统以及消防法规,并计划发布一份建议草案,以确保建筑和消防法规在2024年第一季度发布。美国清洁能源协会发言人Ph
南网储能公司2023-2024年储能电站设备框架采购(组合电器舱、开关舱、二次设备、通信、电池储能系统)(招标编号:CG0200022001646055),确定中标人如下:
北极星储能网获悉,4月30日,中储国能山东肥城国际首套300MW先进压缩空气储能电站首次并网发电,并一次性取得成功。该电站采用中国科学院工程热物理研究所自主研发的先进压缩空气储能技术,中储国能(北京)技术有限公司作为投资建设单位,是目前国际上规模最大、效率最高、性能最优、成本最低的新型压
北极星售电网获悉,近日,湖南省发展和改革委员会发布关于落实我省电化学独立储能电站充放电价格政策有关工作的通知,其中提到,独立储能电站的充、放电费用分别按月结算、支付。当月度充放电收益小于或等于0时,放电电费金额一次性支付;当月度充放电收益大于0时,月度结算先支付充电成本部分,次月支
北极星储能网获悉,4月27日,广东华鳌合金材料有限公司10MWh工商侧储能电站项目在广东省鹤山市华鳌厂区举行了开工仪式。、此项目由由华夏新能投资、先控捷联电气股份有限公司承建,预计7月底前完成并网。该项目的工商业储能系统由46台100KW215KWh的储能一体柜以及高压一次、二次系统组合而成。这套系统
北极星储能网获悉,据中国宝武消息,日前,宝武环科城市矿山事业部下属温州环发生态中心全钒液流储能电站经过国家电网的严格验收,正式并网运行。温州环发生态中心储能电站采用的是新一代双层防漏结构及惰性气体保护储能项目,该储能项目具有高安全性、高稳定性、长寿命性等诸多优点。项目投运后,预计
北极星储能网获悉,4月29日,广州交易集团有限公司发布了广州发展洪湖市经开区100MW/200MWh钠离子储能电站示范项目一期50MW/100MWh项目EPC总承包招标公告。本项目本期配置储能容量为50MW/100MWh,场址位于湖北省荆州市洪湖市经开区文泉东路旁,拟采用110kV电压等级接入电力系统,工程同期新建一座110kV
北极星储能网获悉,4月28日,宁夏能宏红寺堡鲁家窑150MW/300MWh集中共享电化学储能电站建设项目PC总承包中标结果公告发布,西安西电电力系统有限公司中标。根据招标文件,宁夏能宏红寺堡家密150MW/300MWh集中共享电化学储能电站PC总承包工程包括但不限于:储能系统、110kv升压站、综合楼、场内道路、消
北极星储能网获悉,据国信淮电消息,4月28日,淮安盐穴压缩空气储能发电项目开工活动举行。据了解,淮安盐穴压气储能发电项目是目前国内储能规模最大、转换效率最高、全国产化的“首台套”项目。项目利用淮安区蒋南矿区采空岩盐盐穴资源,规划建设两套装机容量300MW非补燃式储能电站,计划总投资约36亿
北极星储能网获悉,据酒嘉新能源事业部消息,4月28日,酒嘉事业部玉门市大唐南都200MW/800MWh共享储能电站项目顺利通过酒泉市能源局、玉门市发改局审核,取得《甘肃省投资项目信用备案证》。该项目建设总规模200MW/800MWh,计划分两期建设,每期分别为100MW/400MWh,采用预制舱式布置,共安装电池预制
北极星储能网获悉,4月26日南网储能发布2024年一季度报告,报告期内公司实现营业收入13.25亿元,同比减少5.96%;归属于上市公司股东的净利润2.85亿元,同比减少24.95%;归属于上市公司股东的扣除非经常性损益的净利润2.9亿元,同比减少23.62%;基本每股收益0.09元。同日,南网储能发布2024年一季度部分
北极星储能网获悉,据绥德融媒消息,4月27日,陕西绥德县与天津润雅科技股份有限公司举行绿色大功率风电+独立储能项目合作座谈会暨项目签约仪式。据介绍,润雅集团成立于2003年,总部位于上海,公司主营业务有高端钠离子电池研发、生产制造和销售,清洁能源电站和储能电站投资及开发等。本次在绥德县落
北极星储能网获悉,据渑池消息,4月26日,河南渑池县(希格腾华)用户侧储能项目启动仪式举行。据悉,(希格腾华)用户侧储能项目是河南省豫西地区首个用户侧储能电站,由中能科技公司和开发区韶润公司共同投资兴建,总投资2100万元,规划总容量4.4MW/12.8MWh。电站根据用户实际生产的用电情况进行模块
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!