首先，電池產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證不足。由于補(bǔ)貼退坡的政策周期是一年一次，與產(chǎn)品的開發(fā)周期總體來看不是很匹配，比如說我們化學(xué)材料體系的改進(jìn)一般要一年以上，但是因?yàn)槠髽I(yè)跟著補(bǔ)貼的指揮棒走，盲目的追求高比能量，縮短了測(cè)試驗(yàn)證的時(shí)間。有時(shí)候?yàn)榱丝s短開發(fā)周期往往首選物理的改進(jìn)方法，比如把電池活性材料增厚，隔膜減薄，這樣電池比能量會(huì)上升，但是安全性能下降。

 

第二是電動(dòng)電池測(cè)試驗(yàn)證的手段不完善，不能反映實(shí)車的使用條件，很大一部分企業(yè)并沒有建立企業(yè)內(nèi)部的電池安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，部分企業(yè)甚至就沒有電池安全測(cè)試的能力，生產(chǎn)出來的質(zhì)量也就是參差不齊的。

 

第三個(gè)原因就是剛才說到車輛使用老化過程中可靠性降低。比如說全生命周期中防水的效果不佳，一般我們電池的密封是要通過IP67標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)車輛使用時(shí)間長(zhǎng)了之后，密封就會(huì)變差，導(dǎo)致車輛進(jìn)水，就會(huì)容易造成短路。還比如電池的激光焊接的接頭，焊接點(diǎn)內(nèi)部容易出現(xiàn)空隙，這些空隙就會(huì)帶來阻抗增加，進(jìn)而發(fā)熱導(dǎo)致高溫點(diǎn)，引起熱失控。還有就是電池系統(tǒng)和充電機(jī)高壓電器老化，比如我們充電時(shí)候的接觸器經(jīng)常開斷，有時(shí)候就會(huì)拉弧，造成高溫和接觸器表面的這種燒損或者粘連，會(huì)短路、會(huì)發(fā)熱，這些都是熱失控的原因。

 

第四個(gè)原因就是充電，充電過程中數(shù)據(jù)通訊不規(guī)范，BMS的廠商和充電機(jī)的廠商沒有嚴(yán)格的執(zhí)行新頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。充電的功能安全，按道理我們的電池管理系統(tǒng)關(guān)于充電是有很好的斷電功能的，充到什么時(shí)候都是由電池管理系統(tǒng)控制的，我們目前并沒有嚴(yán)格執(zhí)行功能安全的規(guī)范，就是ISO26262這個(gè)規(guī)范，目前并沒有完全的貫徹落實(shí)這個(gè)規(guī)范，這也是我們沒有遵守規(guī)范的原因?qū)е碌?。不?yán)格執(zhí)行充電安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，比如說我們充電繼電器的粘連應(yīng)該有診斷功能，但有的為了節(jié)省成本就沒有。電池管理系統(tǒng)與充電樁沒有裝備合格的絕緣檢測(cè)裝置，車輛與充電樁形成的充電回路沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的絕緣電壓、爬電距離、過載、IP等級(jí)、插拔力、鎖止、溫升、雷擊等各項(xiàng)指標(biāo)要求，BMS未嚴(yán)格遵守充電引導(dǎo)的規(guī)范。為什么說是質(zhì)量問題？就是我們?cè)谠O(shè)計(jì)、制造、使用、驗(yàn)證各個(gè)環(huán)節(jié)，沒有嚴(yán)格的遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，當(dāng)然我們也缺少一些，比如說我們的安全年檢，這是缺少的，但這不是企業(yè)的事，這是政府要做的事情。

 

高比能量電池面臨更嚴(yán)峻的安全技術(shù)挑戰(zhàn)，所以我下面說一下這方面的問題。

 

根據(jù)中國(guó)新能源汽車動(dòng)力電池比能量發(fā)展的趨勢(shì)，我們很快就會(huì)向300瓦時(shí)/公斤的高比能量電池邁進(jìn)，很快這些產(chǎn)品就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，就是所謂的高鎳三元811電池很快就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，這些高比能量的電池會(huì)比原先的這些相對(duì)低的比能量的電池所面臨的安全技術(shù)的要求會(huì)更高。在這方面，我們清華大學(xué)專門建了電池安全實(shí)驗(yàn)室開展相關(guān)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，在這里給大家簡(jiǎn)單的介紹一下研發(fā)結(jié)果，供大家參考。

 

目前清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室跟國(guó)內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開展了廣泛的合作，包括寶馬、奔馳、日產(chǎn)等大公司。

 

研究重點(diǎn)是在熱失控的三個(gè)方面，一是熱失控的誘因，包括熱、電、機(jī)械的原因。二是熱失控發(fā)生的機(jī)理究竟是什么，從而在材料設(shè)計(jì)層面加以防護(hù)。三是熱蔓延，一旦單體電池防止不了熱失控，就得有二次防護(hù)手段，就是在系統(tǒng)層面要切斷熱失控的蔓延，只要切斷蔓延就可以防止事故。我們對(duì)高比能量電池的熱失控控制，不僅靠材料本身，還要從系統(tǒng)層面來進(jìn)行。

 

首先是關(guān)于熱失控的發(fā)生機(jī)理與抑制。我們從兩個(gè)實(shí)驗(yàn)手段上開展，一個(gè)是從事材料熱穩(wěn)定性研究的差示掃描量熱儀，一個(gè)是電池單體熱失控測(cè)量的加速量熱儀。

 

高比能量電池?zé)崾Э氐膸讉€(gè)特征溫度。一般來說，當(dāng)電池溫度升高到一定程度，電池就會(huì)自產(chǎn)熱，我們把這個(gè)溫度叫T1，產(chǎn)熱發(fā)生到一定程度無(wú)法抑制，熱失控觸發(fā)，叫T2，最后溫度上升到最高點(diǎn)我們叫T3。熱失控機(jī)理不清楚的主要是發(fā)生在T2到T3階段。一般認(rèn)為是內(nèi)短路造成的，對(duì)常規(guī)電池的確是這樣，但是我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)對(duì)高比能量不完全是這樣。我們發(fā)現(xiàn)沒有內(nèi)短路，照樣有熱失控。這是因?yàn)楦弑饶芰侩姵氐哪透邷匦滦透裟さ?00度以上沒有變化，電解液基本完全蒸發(fā)了，但在230-250度時(shí)，正極材料相變放出的氧與負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生了放熱高峰。

 

另外我們看一下各種不同鎳含量的三元鋰離子電池的差異。811電池跟現(xiàn)在常用的622或者532相比， 811的放熱峰明顯的都比其它高很多，表明811的熱穩(wěn)定性較差。經(jīng)過分析我們得到的初步結(jié)論是，高鎳正極對(duì)全電池安全有較大的影響，硅炭負(fù)極對(duì)安全在初期影響不大，但是在循環(huán)衰減后影響比較大。

 

應(yīng)對(duì)這種熱穩(wěn)定差也有一系列的改進(jìn)途徑，比如說材料的包覆等，我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的方法，就是用單晶顆粒來替代多晶的正極材料，電池的熱穩(wěn)定性有非常好的改善，相應(yīng)的安全性也有很好的改善。

 

第二就是熱蔓延，真正的事故是熱蔓延導(dǎo)致的，就是一個(gè)電池單體熱失控之后，所有電池包全部蔓延起來，著火事故就發(fā)生了。

 

根據(jù)我們對(duì)熱失控蔓延過程的測(cè)試和仿真的傳熱分析，設(shè)計(jì)了一種隔熱的方法，就是在主導(dǎo)傳熱的路徑上加隔熱材料，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)確實(shí)達(dá)到了隔斷熱失控蔓延的效果。這種防火墻技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)倡導(dǎo)的國(guó)際電動(dòng)汽車熱失控蔓延的法規(guī)中得到采納。

 

第三個(gè)方面，是熱失控的誘因和電池管理。第一個(gè)誘因就是內(nèi)短路，對(duì)在用電池和事故電池的分析發(fā)現(xiàn)，電池制造時(shí)均勻的極片在使用一段時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生折疊區(qū)域的破裂，容易發(fā)生局部的析鋰，從而導(dǎo)致熱失控。另外就是制造過程中的雜質(zhì)也會(huì)引起內(nèi)部的短路，我們把這個(gè)叫電池的癌癥，因?yàn)椴恢浪裁磿r(shí)候誘發(fā)熱失控，有時(shí)候往往會(huì)經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間之后產(chǎn)生內(nèi)短路。為此我們發(fā)明了電池內(nèi)短路的一個(gè)替代實(shí)驗(yàn)方法，通過在一個(gè)特定電池里面植入記憶合金實(shí)現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)短路。我們研究之后把內(nèi)短路分成了四類，其中鋁集流體和負(fù)極相連是最危險(xiǎn)的內(nèi)短路。也是必須要提前預(yù)警的，為此我們做了一系列的研究，并獲得了內(nèi)短路的三階段演變過程。第一階段，只有電壓的下調(diào)，沒有溫度的上升；第二階段才有溫度的上升，第三階段才發(fā)生急劇的溫度上升現(xiàn)象，也就是熱失控。根據(jù)這個(gè)演變過程，我們爭(zhēng)取在前兩個(gè)階段把內(nèi)短路判別出來，就可以提前15分鐘將可能引發(fā)熱失控的內(nèi)短路預(yù)警出來，這一技術(shù)已經(jīng)與寧德時(shí)代進(jìn)行了合作。

 

第二個(gè)方面就是充電，我們通過測(cè)試分析搞清了過充熱失控機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，通過熱電耦合模型來預(yù)測(cè)電池過充熱失控的表現(xiàn)。過充事故一般是微過充，比如電池的不一致性導(dǎo)致的，因?yàn)椴灰恢拢潆娺^程中有的地方已經(jīng)充滿了，有的地方還沒有充滿，就會(huì)導(dǎo)致有一些充滿的電池微過充，接著就會(huì)在負(fù)極材料上析鋰，產(chǎn)生鋰枝晶，就是所謂的析鋰，導(dǎo)致安全性變差，導(dǎo)致短路。