鉅大LARGE | 點擊量：460次 | 2022年03月28日
如何才能防止電動汽車動力鋰離子電池的熱失控？
鋰離子電池安全性分為濫用安全性和現(xiàn)場安全性。所謂的濫用安全性是指機械的問題；現(xiàn)場性安全性則是由制造瑕疵引起，這些問題隨機發(fā)生，引起內(nèi)短路，從而引起過熱與熱失控。
2016年十二月21~二十三日，2016第三屆我國新能源汽車總工技術(shù)峰會暨第二屆運營商與車企對接采購交流會在深圳中海凱驪酒店盛大召開，大會由電動汽車資源網(wǎng)、我國新能源汽車總工技術(shù)峰會組委會主辦，以后補貼時代技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展思路為主題。
二十二日下午，大會圍繞動力鋰電池技術(shù)創(chuàng)新及安全邀請主機廠、核心零部件公司等領(lǐng)域精英參會交流。江蘇華東鋰電技術(shù)研究院院長、清華大學(xué)鋰離子電池實驗室主任何向明發(fā)表了題為鋰離子電池安全性的主題演講。
電動汽車資源網(wǎng)整理何向明演講的重要內(nèi)容如下：
電池安全性標(biāo)準(zhǔn)是否有用？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
何向明表示，在目前，全世界有很多的鋰離子電池安全標(biāo)準(zhǔn)，但實際上，在嚴(yán)格的檢測驗證，符合安全標(biāo)準(zhǔn)的動力鋰電池仍然不能保證其安全性。
為何安全性測試無法保障動力鋰電池的安全？何向明表示，鋰離子電池安全性分為濫用安全性和現(xiàn)場安全性。所謂的濫用安全性是指機械的問題，如：擠壓、針刺、短路、過充、過熱、熱箱、火燒等；現(xiàn)場性安全性則是由制造瑕疵引起，如：連接問題、隔膜損壞、粉塵等，這些問題隨機發(fā)生，引起內(nèi)短路，從而引起過熱與熱失控。
從安全的角度來看，濫用安全性是可預(yù)測的，對每一個電池可以通過測試進(jìn)行評估，發(fā)生過程較長，可以通過保護(hù)措施進(jìn)行改善；但自引發(fā)安全性是不可預(yù)測的，隨機小概率發(fā)生，無法通過測試進(jìn)行評估，也不能通過質(zhì)量管理完全消除。目前，所有的安全性措施，均不能完全消除鋰離子電池安全隱患。
鋰離子電池安全性現(xiàn)實情況是，發(fā)生安全事故的鋰離子電池，之前均通過安全認(rèn)證。關(guān)于筆記本電腦電池而言，發(fā)生概率在幾百萬分之一；假如按電池容量做事故幾率簡單放大計算：18650電池的事故統(tǒng)計概率~千萬分之一，單只電池能量：9.2Wh；20KWh、100KWh電池組安全事故幾率：2.2/10000和1.1/1000;實際情況一定遠(yuǎn)高于此數(shù),發(fā)生原因基本上是不可預(yù)測的內(nèi)短路所造成，而這種內(nèi)短路無法完全消除，引起安全事故的電池在制造時，均是合格品。
在動力鋰電池領(lǐng)域，大電池（組）的散熱遠(yuǎn)較小電池（單只）困難；動力鋰電池管理系統(tǒng)更為復(fù)雜，其有效性和可靠性降低；動力鋰電池的使用環(huán)境更惡劣（高低溫、震動、碰撞）；動力鋰電池要求的使用壽命長，在生命周期的中尾期問題更嚴(yán)重。
簡而言之，濫用安全性標(biāo)準(zhǔn)的測試結(jié)果，與發(fā)生或者不發(fā)生安全性事故，之間沒有科學(xué)聯(lián)系。
內(nèi)短路引發(fā)自引發(fā)熱失控
短路上的安全性，到目前看來有那么多的因素。從制造過程當(dāng)中的瑕疵，應(yīng)用過程中的瑕疵，設(shè)計過程中的瑕疵，以及一些不正當(dāng)?shù)膽?yīng)用，原因很多。與均勻發(fā)熱的外短路不同的是，內(nèi)短路是局部點的高溫。
內(nèi)短路如何引發(fā)熱失控？
內(nèi)短路風(fēng)險評估重要包括：低溫析鋰、負(fù)極金屬沉積、充電析鋰、數(shù)據(jù)加權(quán)、微短路，以及熱穩(wěn)定。其中最重要的是低溫充電的情況下，是否會析鋰，即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導(dǎo)致內(nèi)部短路。
正極金屬污染物---化學(xué)內(nèi)部短路：鐵、鉻、鎳、銅、鋅等，即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導(dǎo)致內(nèi)部短路，污染物在電池充電時在正極被氧化，變成離子進(jìn)入溶液，在電場用途下移動到負(fù)極，并在負(fù)極表面得到電子被還原成金屬，不斷地長大，刺穿隔膜，形成短路，表現(xiàn)為嚴(yán)重自放電，或者熱失控。
正極金屬污染物實驗驗證：在電池內(nèi)部放入不銹鋼粉，結(jié)果不銹鋼粉在正極表面，充放電時溶解到電解液中，并在負(fù)極表面析出。
導(dǎo)致金屬異物進(jìn)入鋰電子里面的可能性有很多，干燥氣封口發(fā)現(xiàn)的不銹鋼顆粒、空調(diào)風(fēng)管鍍鋅，有水分時會導(dǎo)致Zn脫落、門的來回移動導(dǎo)致合頁出現(xiàn)金屬粉塵、閉門器會導(dǎo)致不銹鋼粉、移動的開關(guān)會出現(xiàn)不銹鋼粉塵、柜子的磁吸會出現(xiàn)金屬粉塵、桌角與角鐵碰撞會出現(xiàn)金屬粉塵、生產(chǎn)設(shè)備被磨損的金屬等，都可能會通過空氣傳遞到電池制造中。因此，要把電池做好，生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量控制要非常嚴(yán)格。判斷一個電池好還是不好，最直觀的方式就是拆開看隔膜，假如沒有任何污點，那么這樣的電池比拆開以后存在很多污點的電池要好很多。
每一款電池充電過程，存在一個析鋰邊界條件（溫度、電流、電壓），在不同溫度、不同倍率下，充電的電流的邊界條件，高于邊界條件是很危險的。實際上，動力鋰電池公司關(guān)于這些問題非常清楚，但在實際生產(chǎn)的過程中，很多世界一線品牌的廠家都會忽略這些問題，造成極大的安全隱患。
除此以外，何向明表示，目前國內(nèi)的電池隔膜有一個瑕疵，而且是嚴(yán)重的瑕疵。假如在正負(fù)極期間有一塊阻抗非常大的，阻抗大的時候，鋰離子電池從正極切向負(fù)極的時候就會形成一個點，多出來的鋰離子會析出，國產(chǎn)隔膜里面是會出現(xiàn)這種情況的，假如是由于點的孔不好，或者是孔位堵了，這就是隔膜摩擦造成的隱患。
此外，電池在充放電過程當(dāng)中正極負(fù)極有沉積效應(yīng)，沉積效應(yīng)循環(huán)一定程度之后就會造成短路，電池就會爆炸。很多電池的事故，何向明認(rèn)為可能都是這種原因，因此在電池設(shè)計的時候，一定要考慮這個因素。
確定熱失控過程的一些關(guān)鍵參數(shù)，建立與熱失控的演變過程之間的科學(xué)聯(lián)系。
熱失控演變過程
同時，何向明還表示，電池能量越高越不安全，這樣的說法沒有科學(xué)依據(jù)。他表示，電池的熱穩(wěn)定性的安全性和生產(chǎn)公司有關(guān)，和材料無關(guān)。換句話說，有的公司的三元材料的電池比有些公司磷酸鐵里面的電池還要安全很多，我這個說法是有數(shù)據(jù)的，只不過我跟人家簽了保密協(xié)議，不好公開說。
熱失控根本原因是電池?zé)崾Э剡^程為鏈?zhǔn)椒艧岱磻?yīng)，解決方法即減少放熱，切斷鏈?zhǔn)椒艧岱磻?yīng)。應(yīng)對策略包括：減少內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)放熱量、減少內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)放熱量、提高化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的溫度、降低電池溫度升高的速率、增強電池對外散熱等。通過這些措施，將鏈?zhǔn)椒矫娴穆窂礁淖儯姵鼐涂梢宰龅帽容^安全
