聚焦电池安全 如何应对无法根除的锂电热失控？

对于电动汽车来说，2018年是喜忧参半的一年。一方面，随着汽车市场寒冬的到来和125.6万辆新能源汽车的交付，可以说跑赢了市场，正在领跑；另一方面，整个2018年，共发生8起纯电动汽车召回事件，涉及130344辆电动汽车，50多起火灾事故，使逐渐摆脱里程焦虑阴影的电动汽车陷入“安全焦虑”的泥潭。在1月11日至13日举行的中国电动汽车百人论坛动力电池技术峰会上，专家学者并没有像往年那样分享各种前瞻性的锂电池技术，而是不约而同地将重点放在了电池安全上。无法根除的锂电池的安全性能？锂电池的安全性最终来自于电池的热失控。除了正常的充电和放电反应外，锂电池也有潜在的副作用。当电池温度过高或充电电压过高时，会触发这些副反应，并释放大量热量。如果不能及时排出热量，还可能导致电池温度和压力急剧升高，形成恶性循环，最终导致热失控，引发安全事故。遗憾的是，从锂离子反应机理的角度来看，单电池热失控的隐患无法根除。热控技术、正负电极表面陶瓷涂层、过充电保护添加剂、电压敏感隔膜、阻燃电解质等技术的综合应用，只能用来无限提高单电池的安全性能，但无法真正根除。

武汉大学教授艾新平在电池单元层面对锂电池的安全性进行了非常全面的分析。从热失控的过程来看，最早发生的反应是负极表面SEI膜的分解。由于负极的成分和添加剂不同，SEI膜的分解指数约为120-140℃。分解后，负极暴露在电解液中，经过剧烈的还原分解，释放出大量可燃气体和热量，导致电池温度进一步升高，直到正极分解。当正极分解时，温度约为180-200℃。此时，电池单体的副反应很难控制，因为正极分解不仅会释放大量热量，还会产生高活性氧原子，导致电解质直接氧化分解，从而在短时间内导致电池内部大量热量积聚。值得一提的是，温度与副反应之间的关系是相辅相成、正相关的，即温度越高，副反应越严重；副作用越严重，温度就越高。这种恶性循环最终导致电池进入无法控制的自加热状态，即所谓的“热失控”。磷酸铁锂（通常在行业中被称为磷酸铁锂）的安全性很好，因为它在200-400℃下不会作为正极分解。然而，正极的发热只是副反应的一部分，负极和电解质的氧化和分解仍然存在。因此，磷酸铁锂的安全性与三元锂相比仅略为安全。三元材料的分解温度因其组成而异。镍的比例越高，热分解温度就越低。例如，当镍含量达到0.8时，热分解在120摄氏度左右开始，甚至比负极上的SEI膜更早，这对电池的温度控制构成了巨大挑战。电池热失控的原因仍然是由于内部短路和过度充电。例如，电解质和电极间距在涂层中的不均匀分布会导致电流分布不均匀，并导致局部过充电；循环过程中正极性能的过度消耗也会导致过度充电；

此外，BMS崩溃或故障，充电继电器无法正常工作，所有这些都可能导致过度充电。内部短路也很复杂，电解液分布不均导致局部锂沉淀；正极材料中的金属杂质在氧化后仍存在于负极表面；

充电和放电过程中反复出现的体积变化都是短路的隐患。与此同时，我们无法保证在工艺层面消除所有安全隐患，就像世界上永远不会有两片相同的叶子一样。

同济大学叶继平教授的锂电池副反应的安全隐患是由其电化学系统决定的，并且随着电池比能的增加而变得越来越严重。即使是一个优秀的电池管理系统也无法从根本上解决锂离子动力电池的安全问题。同济大学的叶继平教授在演讲中也表示，BMS的一个主要问题是它不能由大脑、神经和器官控制。BMS可以控制电池，但电池内部材料的变化无法反馈给BMS。如何提高单个电池的安全性能？尽管锂电池的安全性无法根除，但它是可控和可预防的。正确面对和积极探索新的安全技术，有利于促进电池技术进步，如提高材料/界面热稳定性、开发个体自激热保护技术、系统热膨胀防止技术，可以有效提高电池系统的安全性。以下是艾新平教授对电池安全性的研究，可供读者参考。表面涂层。正极的热分解及其引起的析氧主要取决于其与界面的反应，因此我们可以在正极的活性表面包裹一层热稳定的保护层。例如，用磷酸盐膜或磷酸锂涂覆正极表面可以减少高镍材料与电解质之间的直接接触，从而降低副反应和发热的强度。常见的涂层材料包括磷酸盐、氧化物、氟化物，也可以是一些聚合物。构造一个浓度梯度。高镍正极的不安全不仅是因为它们的热稳定性差，更重要的是，镍对电解质有很强的氧化分解作用，而且材料本身的热释放并没有那么大。然而，随着电解质的加入，其发热温度和发热量急剧增加，因为电解质的界面反应占了很大一部分。如果我们使用高镍作为核心，使用一些镍含量低的材料作为外壳，那么它的内部和外部都会有一个浓度梯度，这将有助于降低材料界面的反应活性，提高电池的安全性。提高SEI膜的稳定性。如前所述，热失效通常始于负SEI膜的分解。如果我们采取一些方法来提高SEI膜的分解温度，提高热稳定性，并对电池安全起到至关重要的作用。目前的研究表明，一些有机脂质、一些有机磷酸盐，甚至一些氟化锂盐，可以有效地提高负极SEI膜的热稳定性，提高其分解温度。建立个人自励加热保护。其技术原理是使用对温度敏感的材料，在危险的温度下切断电极上的电子或离子传输，甚至关闭电池反应，从而终止热量的产生。例如，PTC材料，随着温度的升高，材料将从良好的导电状态转变为绝缘状态，从而切断电路。通过使用PTC材料作为极性流体的涂层、电极的导电剂或活性物质的表面改性层，可以有效地实现单个电池的自加热保护。类似地，有一种微球改性膜，随着温度的升高，微球会经历一个熔化过程，密封膜上的孔隙，导致电池反应停止。防止热失控的诱导和扩散是我们工作的重点。尽管艾新平教授引入了各种想法来提高单个细胞的安全性，但如前所述，我们始终无法确保从过程中消除所有安全隐患。与其过于关注电池芯的工艺层面，不如关注系统层面，这是为了防止单体发生热失控后出现系统功能障碍甚至灾难性事故。

20230311012220003584/2.jpg“/>

中国电动汽车百人会常务副主席欧阳明高也表示，锂离子电池要从个体层面完全消除热失控是不现实的。然而，我们可以通过电池系统的热电设计和控制设计来防止感应和扩散，即使单个机组发生热失控，也不会发生事故。事实上，电池单元的故障只是整个电池系统安全隐患的一小部分。从模块的角度来看，电池结构、工作模式和环境等各种因素会使电池的安全隐患加倍。因此，电力系统的结构设计、控制系统和生产控制的严密性是更重要的部分。这也是为什么锂电池不能在市场上直接购买的原因。电池制造商只将其电池出售给授权的电池组公司，然后这些公司将电池和保护板包装成电池组，并将其出售给电气制造商而不是消费者。此外，电池组必须与专用充电器配对，并严格按照规定的方法使用。事实上，在研究了无数电动汽车充电自燃事故后，不难发现，很大一部分自燃事故是由用户没有严格遵守充电要求造成的。

中国汽车技术研究中心首席专家王芳目前认为，通过电池系统的结构设计来确保动力电池的安全，也是所有电池公司和主机厂的重点关注点。同时，提高动力电池的测试强度也是进一步确保电池安全的关键。中国汽车技术研究中心首席专家王芳也在1月10日的动力电池技术峰会上介绍了工信部在线征求的《电动汽车动力电池安全要求强制性标准》。与目前正在实施的标准相比，这进一步加强了测试内容。同时，王芳还表示，电动汽车安全最基本的概念是人员安全。一旦出现不可避免的电池热失控，及时警告和给乘客足够的逃生时间至关重要。只要有足够的时间让人员逃生，从某种意义上说，这也是一种安全形式*版权声明：本文为格势汽车原创文章。如果您希望转载，请遵守转载说明的相关规定。违反转载说明的，格仕汽车将依法追究其法律责任！本文地址：http://auto.gasgoo.com/News/2019/01/180641284128I70084493C501.shtml

标签：汉发现

汽车资讯热门资讯