鉅大LARGE | 點擊量:912次 | 2019年05月28日
聚焦鋰電池組安全問題 鋰電熱失控?
在1月11~13日舉辦的中國電動汽車百人會論壇(2019)的動力電池技術峰會上,各位專家學者沒有如往年般分享各色各樣的鋰電前瞻技術,而是不約而同的將焦點放在了鋰電池組安全上。
鋰電池組的安全性歸根到底一句話,就是來自于電池的熱失控。鋰電池除了正常的充放電反應外,還存在潛在的副反應。當電池溫度過高或者充電電壓過高的時候,這些副反應就會被引發(fā),并釋放大量熱量。如果熱量得不到及時疏散,還會引起電池溫度和壓力的急劇上升,形成惡性循環(huán),最后導致熱失控,造成安全事故。
不幸的是,從鋰電反應機理而言,單體電池的熱失控隱患是無法根除的,只能通過諸如熱控制技術(PTC電極)、正負極表面陶瓷涂層、過充保護添加劑、電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等等技術的綜合性應用來無限改善單體電芯的安全性能,但無法真正根除。
關于鋰電池組電芯層面的鋰離子電池安全性,武漢大學教授艾新平做了非常全面的分析,從熱失控過程來看,發(fā)生熱失控最早的一個反應是負極表面SEI膜的分解,由于負極成份及添加劑的不同,SEI膜的分解分度大概在120-140℃,發(fā)生分解以后,負極裸露在電解液中,并發(fā)生劇烈的還原分解,放出大量的可燃性氣體和熱量,促使電池的溫度進一步上升,直至正極發(fā)生分解。
正極發(fā)生分解時,溫度大概在180-200℃,此時電芯的副反應就很難控制了,因為正極分解時不僅僅釋放大量的熱量,還會產(chǎn)生活性極高的氧原子,導致電解液直接氧化分解,短時間內(nèi)會造成電池內(nèi)部大量的熱量積累。
值得一提的是,溫度和副反應的關系是相輔相成的正相關,即溫度越高,副反應越劇烈;副反應越劇烈,溫度也就越高。這樣的惡性循環(huán)最后會導致電池進入一個沒法控制的自加溫狀態(tài),也就是所謂的“熱失控”。
業(yè)內(nèi)常說的磷酸鐵鋰安全性好,就是因為它作為正極在200-400℃的時候基本不發(fā)生分解,但正極的產(chǎn)熱只是副反應的一部分,負極和電解液的氧化分解仍然存在,所以磷酸鐵鋰的安全性只是相對三元而言稍微安全一些而已。三元材料根據(jù)組成成份的不同,分解溫度有所變化,鎳占比越高,熱分解溫度越低,比如當鎳含量達到0.8,在120度左右就開始發(fā)生熱分解,甚至早于負極的SEI膜,這對電池的溫控造成了極大的挑戰(zhàn)。
電池熱失控,究其原因還是內(nèi)部出現(xiàn)了短路和過充的現(xiàn)象。