鉅大LARGE | 點擊量：458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場安全性。所謂的濫用安全性是指機械的問題；現場性安全性則是由制造瑕疵引起，這些問題隨機發生，引起內短路，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、我國新能源汽車總工技術峰會組委會主辦，以后補貼時代技術創新發展思路為主題。
二十二日下午，大會圍繞動力鋰電池技術創新及安全邀請主機廠、核心零部件公司等領域精英參會交流。江蘇華東鋰電技術研究院院長、清華大學鋰離子電池實驗室主任何向明發表了題為鋰離子電池安全性的主題演講。
電動汽車資源網整理何向明演講的重要內容如下：
電池安全性標準是否有用？
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%
何向明表示，在目前，全世界有很多的鋰離子電池安全標準，但實際上，在嚴格的檢測驗證，符合安全標準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，這些問題隨機發生，引起內短路，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，發生過程較長，可以通過保護措施進行改善；但自引發安全性是不可預測的，隨機小概率發生，無法通過測試進行評估，也不能通過質量管理完全消除。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實情況是，發生安全事故的鋰離子電池，之前均通過安全認證。關于筆記本電腦電池而言，發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,發生原因基本上是不可預測的內短路所造成，而這種內短路無法完全消除，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更為復雜，其有效性和可靠性降低；動力鋰電池的使用環境更惡劣（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果，與發生或者不發生安全性事故，之間沒有科學聯系。
內短路引發自引發熱失控
短路上的安全性，到目前看來有那么多的因素。從制造過程當中的瑕疵，應用過程中的瑕疵，設計過程中的瑕疵，以及一些不正當的應用，原因很多。與均勻發熱的外短路不同的是，內短路是局部點的高溫。
內短路如何引發熱失控？
內短路風險評估重要包括：低溫析鋰、負極金屬沉積、充電析鋰、數據加權、微短路，以及熱穩定。其中最重要的是低溫充電的情況下，是否會析鋰，即使肉眼都發現不了的微小的金屬污染物都能導致內部短路。
正極金屬污染物---化學內部短路：鐵、鉻、鎳、銅、鋅等，即使肉眼都發現不了的微小的金屬污染物都能導致內部短路，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：在電池內部放入不銹鋼粉，結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，干燥氣封口發現的不銹鋼顆粒、空調風管鍍鋅，有水分時會導致Zn脫落、門的來回移動導致合頁出現金屬粉塵、閉門器會導致不銹鋼粉、移動的開關會出現不銹鋼粉塵、柜子的磁吸會出現金屬粉塵、桌角與角鐵碰撞會出現金屬粉塵、生產設備被磨損的金屬等，都可能會通過空氣傳遞到電池制造中。因此，要把電池做好，生產環境的質量控制要非常嚴格。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，動力鋰電池公司關于這些問題非常清楚，但在實際生產的過程中，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，國產隔膜里面是會出現這種情況的，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，沉積效應循環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，因此在電池設計的時候，一定要考慮這個因素。
確定熱失控過程的一些關鍵參數，建立與熱失控的演變過程之間的科學聯系。
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。他表示，電池的熱穩定性的安全性和生產公司有關，和材料無關。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，我這個說法是有數據的，只不過我跟人家簽了保密協議，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，解決方法即減少放熱，切斷鏈式放熱反應。應對策略包括：減少內部化學反應放熱量、減少內部化學反應放熱量、提高化學反應發生的溫度、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
