■鋰離子電池安全與否，歸根到底取決于電池能否避免熱失控。

■當(dāng)電池溫度過高或充電電壓過高時(shí)，比如出現(xiàn)碰撞、短路和過充，負(fù)反應(yīng)就會被引發(fā)。

此時(shí)電池內(nèi)的熱量如果得不到及時(shí)疏散，就會引起電池內(nèi)溫度和壓力急劇上升。

■想要提高電池的安全性，需從三個(gè)層面入手：材料、單體、系統(tǒng)。

 

從333型到523型再到811型，市面上鎳鈷錳三元電池的正極材料比例越來越“失衡”，電池的能量密度越來越高，里程越來越長，安全問題卻也頻現(xiàn)，成為動力電池發(fā)展過程當(dāng)中繞不過的一座“大山”。

煙霧、火災(zāi)甚至爆炸，都是最常見的鋰離子電池事故特征，而這些故障的根源大都來自于電池?zé)崃康?ldquo;失控”。如何將電池內(nèi)的熱管理工作做好，為電池中的熱量分子們戴上“緊箍咒”，已成為未來解決動力電池安全的必答題。
 

時(shí)值寒冬，動力電池尚且“控制”不住自己燃燒的“心”，在火熱難擋的盛夏就更“難以自制”了。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在2018年8月，僅半個(gè)月的時(shí)間內(nèi)就發(fā)生了6起電動汽車起火事件：8月19日，深圳一輛微型電動面包車在充電過程中起火；8月22日，山東聊城一輛快遞電動貨車著火；8月25日，成都一輛威馬EX5在威馬汽車研究院園區(qū)內(nèi)發(fā)生自燃；8月26日，安徽銅陵一輛安凱電動客車在路邊起火；8月28日，一輛正在充電的廂式電動車起火；8月31日，廣州街頭一輛力帆650EV起火……

動力電池的自燃“屬性”令人不得不對新能源汽車的安全性打上一個(gè)“問號”：動力電池到底因何而自燃？中國汽車技術(shù)研究中心首席專家王芳提供的數(shù)據(jù)顯示：2011年—2018年9月間，我國發(fā)生的電動乘用車事故達(dá)80多例，其中35%是由電池內(nèi)部短路引發(fā)的；16%則是在充電過程中出現(xiàn)的，比如過度充電；18%為機(jī)械外力因素的影響，如碰撞；還有3%為進(jìn)水；剩下的則是由不明原因造成的。

 

電池?zé)崾Э厥?ldquo;罪魁禍?zhǔn)?rdquo;

“鋰離子電池安全與否，歸根到底取決于電池能否避免熱失控。”武漢大學(xué)教授艾新平介紹，在鋰電池中，除了我們熟知的正常充放電反應(yīng)外，還存在著潛在的負(fù)反應(yīng)。在電池的正常溫度和正常電壓范圍內(nèi)，不會發(fā)生這些負(fù)反應(yīng)；但當(dāng)電池溫度過高或充電電壓過高時(shí)，比如碰撞、短路和過充，這些負(fù)反應(yīng)就會被引發(fā)。此時(shí)電池內(nèi)的熱量如果得不到及時(shí)疏散，就會引起電池內(nèi)溫度和壓力急劇上升。

“溫度越高，電池負(fù)反應(yīng)的反應(yīng)速度就越大，最終導(dǎo)致電池進(jìn)入一個(gè)無法控制的自加溫狀態(tài)，也即熱失控狀態(tài)。它是導(dǎo)致電池發(fā)生爆炸和燃燒的主因。”艾新平進(jìn)一步解釋。
 

三個(gè)層面進(jìn)行熱管理

“要提高電池的安全性，需從三個(gè)層面入手。一是材料層面，二是單體層面，第三個(gè)層面是系統(tǒng)層面。”艾新平介紹，在材料層面，要重點(diǎn)提高材料和界面的熱穩(wěn)定性，降低其產(chǎn)熱量；在單體層面，除優(yōu)化電池?zé)嵩O(shè)計(jì)外，更重要的是發(fā)展熱保護(hù)技術(shù)，如PTC電極、熱關(guān)閉隔膜等；在系統(tǒng)層面，則需重點(diǎn)開展隔熱設(shè)計(jì)，防止熱擴(kuò)展。

研究表明，在對電池系統(tǒng)的熱分析中，磷酸鐵鋰的熱穩(wěn)定性從材料上來講是最好的。“電池的安全性首先取決于自身材料的安全性。”上海交通大學(xué)特聘教授馬紫峰指出，要增加電池的安全性，高能量的電池就可能需要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中加入特定的保護(hù)裝置，比如說冷卻系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)等。