鉅大LARGE | 點擊量：1095次 | 2021年05月27日
如何防止及控制電池的熱失控？
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，濫用安全性是可預測的，對每一個電池可以通過測試進行評估，發(fā)生過程較長，可以通過保護措施進行改善；但自引發(fā)安全性是不可預測的，隨機小概率發(fā)生，無法通過測試進行評估，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;實際情況一定遠高于此數(shù),發(fā)生原因基本上是不可預測的內(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）的散熱遠較小電池（單只）困難；動力鋰電池管理系統(tǒng)更為復雜，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重。
簡而言之，濫用安全性標準的測試結(jié)果，與發(fā)生或者不發(fā)生安全性事故，之間沒有科學聯(lián)系。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
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?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)短路風險評估重要包括：低溫析鋰、負極金屬沉積、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致內(nèi)部短路。
正極金屬污染物---化學內(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，變成離子進入溶液，在電場用途下移動到負極，并在負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，并在負極表面析出。
導致金屬異物進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)風管鍍鋅，有水分時會導致Zn脫落、門的來回移動導致合頁出現(xiàn)金屬粉塵、閉門器會導致不銹鋼粉、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，而且是嚴重的瑕疵。假如在正負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中正極負極有沉積效應(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熱失控過程為鏈式放熱反應(yīng)，解決方法即減少放熱，切斷鏈式放熱反應(yīng)。應(yīng)對策略包括：減少內(nèi)部化學反應(yīng)放熱量、減少內(nèi)部化學反應(yīng)放熱量、提高化學反應(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，將鏈式方面的路徑改變，電池就可以做得比較安全。
