電池電芯安全失效模式分析及技術(shù)保障措施解析
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-26 21:42
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一、電芯安全失效模式分析及技術(shù)保障措施
1.電芯內(nèi)部正負(fù)極短路，生產(chǎn)設(shè)備保障能力是關(guān)鍵
直接原因：電芯生產(chǎn)過程中有缺陷導(dǎo)致或因?yàn)殚L(zhǎng)期振動(dòng)外力使電芯變形所致。
失效分析：生產(chǎn)過程中電芯內(nèi)部正負(fù)極短路缺陷的剔除，是由生產(chǎn)線有關(guān)設(shè)備來保證的，如果設(shè)備保證不了，會(huì)出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。這對(duì)電池生產(chǎn)廠家而言是基本要求。我國(guó)已經(jīng)對(duì)動(dòng)力電池廠家實(shí)施了目錄管理，基本可以保證合規(guī)的電池廠家不會(huì)出現(xiàn)批量產(chǎn)品質(zhì)量問題。
安全技術(shù)措施：將不合格的(電芯內(nèi)部正負(fù)極短路)電芯篩選出來，其目標(biāo)值是大于99.999%的。
危險(xiǎn)度：一旦發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)短路，無法阻止控制，外部保險(xiǎn)不起作用，肯定會(huì)發(fā)生冒煙或燃燒。但是在電池生產(chǎn)廠家有充足保障能力下，發(fā)生的概率是很低的，即使發(fā)生了，整車生產(chǎn)廠家，自動(dòng)滅火裝置一定要發(fā)揮保障作用的。
2.電池單體漏液，執(zhí)行工藝紀(jì)律到位是關(guān)鍵
直接原因：外力損傷;碰撞、安裝不規(guī)范造成密封結(jié)構(gòu)被破壞;焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。
失效分析：與軟包和塑殼電芯相比，金屬殼單體更容易發(fā)生漏液情況，導(dǎo)致絕緣失效。電池漏液后整個(gè)電池包的絕緣失效，單點(diǎn)絕緣失效問題不大，如果有兩點(diǎn)或以上絕緣失效會(huì)發(fā)生外短路。
安全技術(shù)措施：嚴(yán)格工藝紀(jì)律，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。
危險(xiǎn)度：非常危險(xiǎn);電池漏液造成車著火事故的概率比電芯內(nèi)部正負(fù)極短路概率要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這種外短路，外部保險(xiǎn)要發(fā)揮作用的。
措施：選用高質(zhì)量的霍爾傳感器，確保安裝質(zhì)量合格。
3.溫度檢測(cè)失效及措施
現(xiàn)象：電池工作使用溫度過高，易發(fā)生鼓脹、漏液，爆炸。
原因：溫度檢測(cè)失效。
措施：嚴(yán)格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度之間，避免電池低溫充電析鋰造成的短路以及高溫?zé)崾Э亍?/p>
4.絕緣監(jiān)測(cè)失效及措施
現(xiàn)象：可能發(fā)生人員觸電。
原因：動(dòng)力電池發(fā)生變形或漏液的情況下都會(huì)發(fā)生絕緣失效。
措施：對(duì)監(jiān)測(cè)的傳感器，必須要選用高質(zhì)量、高可靠的產(chǎn)品。
5.其他失效及措施
(1)SOC估算偏差大，目前的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求都是5%以內(nèi)，實(shí)際上難度較大。要持續(xù)提高精度。
(2)電磁兼容的抗電磁干擾能力不足，導(dǎo)致BMS通訊失效，如何保障到位，還有一定難度。產(chǎn)品同時(shí)要通過第三方強(qiáng)制檢測(cè)。
近日，中科院大連化物所研發(fā)了一種新型鋅碘液流電池技術(shù)。這種能“起死回生”的神奇電池有望用作大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)，解決目前風(fēng)能、太陽能等發(fā)電不連續(xù)、不穩(wěn)定的難題，實(shí)現(xiàn)清潔能源高效利用。
鋅碘液流電池作為一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，采用高比容量、高活性的鋅離子作為負(fù)極活性物質(zhì)，具有高能量密度、高安全性的優(yōu)勢(shì)。此外，鋅碘液流還選用高比容量、高工作電壓的碘電對(duì)做正極活性電對(duì)，進(jìn)一步提高了電池整體的能量密度，展現(xiàn)廣闊的應(yīng)用前景。然而，與其他鋅基電池一樣，鋅負(fù)極的“枝晶問題”是其商業(yè)化發(fā)展道路上的一大難關(guān)。
鋅負(fù)極在不斷充放電過程中，會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的鋅枝晶，這種“樹狀結(jié)構(gòu)”的枝晶會(huì)在循環(huán)過程中不斷生長(zhǎng)，最終刺穿電池的膜，造成電池短路，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)壽命。
如何抑制鋅枝晶呢？科研人員想出了一個(gè)辦法：通過膜結(jié)構(gòu)和電解液的優(yōu)化讓產(chǎn)生的鋅枝晶不能穿過膜；或者將部分已經(jīng)穿過膜的鋅枝晶自動(dòng)消除。這種新的思路看似反其道而為之，實(shí)際上則是順勢(shì)而為，為鋅基電池負(fù)極穩(wěn)定性提高提供了新途徑。在這一思路的指導(dǎo)下，中科院大連化物所儲(chǔ)能技術(shù)研究部的科學(xué)家們研發(fā)了上述的長(zhǎng)壽命可自恢復(fù)的鋅碘液流電池技術(shù)，通過使用廉價(jià)的聚烯烴多孔膜和高穩(wěn)定性電解液，實(shí)現(xiàn)電池的長(zhǎng)期循環(huán)以及電池短路后的自恢復(fù)。
這種新電池優(yōu)點(diǎn)很多，最奇妙的就是耐用性強(qiáng)，還能自己“復(fù)活”。在充電過程中，聚烯烴多孔膜孔徑中充滿了氧化態(tài)的正極電解液，當(dāng)鋅枝晶生長(zhǎng)到膜孔內(nèi)部后，氧化態(tài)的電解液可將鋅枝晶溶解掉，從而防止鋅枝晶造成電池短路，實(shí)現(xiàn)電池的長(zhǎng)壽命循環(huán)。
據(jù)介紹，研究團(tuán)隊(duì)將單電池進(jìn)一步放大組裝了千瓦級(jí)電堆，該電堆依然可以穩(wěn)定運(yùn)行，能量效率保持在80％左右，仍然具有短路恢復(fù)的特性，有力證明了該體系的可靠性和實(shí)用性。
