安全性測試不能保障新能源汽車動(dòng)力電池質(zhì)量 熱失控才是最大殺手
在目前,全世界有很多的鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn),但實(shí)際上,在嚴(yán)格的檢測驗(yàn)證,符合安全標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力電池仍然不能保證其安全性。
電池安全性標(biāo)準(zhǔn)是否有效
其實(shí)在動(dòng)力電池實(shí)際運(yùn)用著安全性測試還是無法保障動(dòng)力電池的安全的,這是由于,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(jī)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(jī)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(gè)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(jī)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,均不能完全消除動(dòng)力電池安全隱患。
就以鋰離子電池安全性現(xiàn)實(shí)情況為例,發(fā)生安全事故的鋰離子電池,之前均通過安全認(rèn)證。對于筆記本電腦電池而言,發(fā)生概率在幾百萬分之一; 如果按電池容量做事故幾率簡單放大計(jì)算:18650電池的單電池事故統(tǒng)計(jì)概率約為千萬分之一,再以電池組中18650電池的實(shí)際數(shù)量通過簡單加法就可以大概核算出電池事故的概率,但是在實(shí)際應(yīng)用情況一定遠(yuǎn)高于合算數(shù)值,而發(fā)生此類事故的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(shí),均是合格品。
在動(dòng)力電池領(lǐng)域,大電池(組)的散熱遠(yuǎn)較小電池(單只)困難;動(dòng)力電池管理系統(tǒng)更為復(fù)雜,其有效性和可靠性降低;動(dòng)力電池的使用環(huán)境更惡劣(高低溫、震動(dòng)、碰撞);動(dòng)力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。
總的來說,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)熱失控的機(jī)理
短路上的安全性,到目前看來是由多因素共同作用下造成的。從制造過程當(dāng)中的瑕疵,應(yīng)用過程中的瑕疵,設(shè)計(jì)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(diǎn)的高溫。
內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn)評估主要包括: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。其中最主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(shí)在正極被氧化,變成離子進(jìn)入溶液,在電場作用下移動(dòng)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。
導(dǎo)致金屬異物進(jìn)入鋰電子里面的可能性途徑有很多,汽車電池在生產(chǎn)或者行駛的過程中隨時(shí)都有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)量控制需要非常嚴(yán)格。
判斷一個(gè)電池好還是不好,最直觀的方式就是拆開看隔膜,如果沒有任何污點(diǎn),那么這樣的電池比拆開以后存在很多污點(diǎn)的電池要好很多。這是因?yàn)殡姵卦诔浞烹娺^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(jì)的時(shí)候,一定要考慮這個(gè)因素。
控制避免電池的熱失控途徑
目前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)系是解決動(dòng)力電池?zé)崾Э氐闹饕侄巍?/span>
另外從動(dòng)力電池實(shí)際使用現(xiàn)狀來看,很多人誤以為電池能量越高越不安全,這樣的說法沒有科學(xué)依據(jù)。實(shí)際上電池的熱穩(wěn)定性的安全性和生產(chǎn)企業(yè)有關(guān),和材料無關(guān)。
這是因?yàn)闊崾Э馗驹蚴请姵責(zé)崾Э剡^程為“鏈?zhǔn)?rdquo;放熱反應(yīng),解決方案即減少放熱,切斷“鏈?zhǔn)?rdquo;放熱反應(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(qiáng)電池對外散熱等。通過這些措施,將鏈?zhǔn)椒矫娴穆窂礁淖?,電池就可以做得更為安全?/span>
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