隔膜設(shè)計(jì)會(huì)影響電池內(nèi)短路發(fā)生嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-07 18:19
點(diǎn)擊量：次
動(dòng)力電池科技公司遠(yuǎn)景AESC中國(guó)研發(fā)負(fù)責(zé)人林玉春在接受《財(cái)經(jīng)》記者采訪時(shí)表示，隔膜設(shè)計(jì)是影響電池內(nèi)短路發(fā)生的重要因素之一。如果隔膜設(shè)計(jì)余量不夠或者設(shè)計(jì)方向不對(duì)，會(huì)影響隔膜的機(jī)械延展性與柔韌性，導(dǎo)致充電過(guò)程出現(xiàn)萎縮，繼而正負(fù)極相互接觸，造成短路。
同時(shí)，在生產(chǎn)工藝中把控不嚴(yán)，電芯混入金屬顆粒，這些雜質(zhì)在充放電過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電極表面差異反應(yīng)，不斷積累后會(huì)刺破隔膜，從而導(dǎo)致短路。
一旦有一顆電芯出現(xiàn)問(wèn)題，如短路、斷路等，將影響電池組內(nèi)其他電芯，從而造成內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題，最終導(dǎo)致安全問(wèn)題。
特斯拉這種用串聯(lián)電路的電動(dòng)車(chē)尤為危險(xiǎn)。軟銀中國(guó)投資的臺(tái)灣固態(tài)電池生產(chǎn)企業(yè)輝能科技股份有限公司行銷(xiāo)經(jīng)理許容禎告訴《財(cái)經(jīng)》記者，特斯拉擁有4416顆鋰電池，只要一個(gè)環(huán)節(jié)做的不好，就會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)。
BMS技術(shù)需提高
一家大型鋰電廠中層對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者表示，熱管理系統(tǒng)在BMS中較為重要。熱管理系統(tǒng)的基本工作原理是通過(guò)冷卻或者加熱的方式使電池包的溫度維持在一定的溫度范圍從而保證電芯的性能發(fā)揮及壽命。
熱管理系統(tǒng)主要分為三類(lèi)：加熱系統(tǒng)，風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)，不同的設(shè)計(jì)方案的工作原理不同，但都存在引發(fā)電池包熱失控的可能性。
首先，對(duì)于水冷系統(tǒng)，它是通過(guò)液體對(duì)流交換，帶走熱量降低電芯溫度的一種熱管理方式，但是水冷板通常位于電池包的底部，安置于車(chē)輛的底盤(pán)，車(chē)輛長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中對(duì)水冷板的異常撞擊，底部刮蹭，或者水冷設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期可靠性失效，可能使其發(fā)生冷卻液泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致電池包絕緣失效引起整車(chē)熱失控。
第二，風(fēng)冷系統(tǒng)，它是以空氣為為介質(zhì)，利用熱對(duì)流降低電芯溫度的一種熱管理方式，但風(fēng)冷設(shè)計(jì)會(huì)提高電池系統(tǒng)的密封設(shè)計(jì)難度，車(chē)輛長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程密封結(jié)構(gòu)失效，使其存在陰雨天行駛進(jìn)水從而絕緣失效導(dǎo)致熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。
最后，對(duì)于主要應(yīng)用在寒冷地區(qū)的電動(dòng)汽車(chē)會(huì)使用加熱系統(tǒng)，其原理是利用加熱膜來(lái)對(duì)電池包加熱，使其維持在合理的工作溫度范圍內(nèi)，保證電芯性能發(fā)揮。加熱膜的發(fā)熱功率設(shè)計(jì)或者裝配方案設(shè)計(jì)不合理，又或者其長(zhǎng)期可靠性失效，也可能會(huì)導(dǎo)致電池包絕緣失效，進(jìn)而引發(fā)熱失控事件。
上述鋰電廠中層表示，熱管理這些問(wèn)題目前已經(jīng)有技術(shù)解決方案，并且能否有效解決這些問(wèn)題是體現(xiàn)各廠家技術(shù)先進(jìn)性的一個(gè)指標(biāo)。
高能量密度下的風(fēng)險(xiǎn)
?
根據(jù)鎳鈷錳三元素的不同配比，又分為111型、532型、622型和811型。隨著鎳的比例不斷提高，動(dòng)力電池的能量比也會(huì)增加，這也就意味著汽車(chē)的續(xù)航里程將相應(yīng)增加。
對(duì)于鋰電池來(lái)說(shuō)，安全、壽命、成本、能量密度這四者處于一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。如果能量密度提高，那么其他三者必然會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。
?
追求高能量密度是發(fā)展的必然，但歐陽(yáng)明高提醒《財(cái)經(jīng)》記者，電動(dòng)汽車(chē)高比能量動(dòng)力電池的發(fā)展，安全永遠(yuǎn)是第一位的。
?
?
?
系統(tǒng)預(yù)警機(jī)制需建立
?
?
?
與此同時(shí)，《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》、《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》、《電動(dòng)客車(chē)安全要求》3項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在今年年初進(jìn)入征求意見(jiàn)階段。
其中最為引人注意的是，相關(guān)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中首次提出逃生時(shí)間概念。根據(jù)規(guī)定，電池包或系統(tǒng)在由于單個(gè)電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散、進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險(xiǎn)之前5分鐘，應(yīng)提供一個(gè)熱事件報(bào)警信號(hào)（服務(wù)于整車(chē)熱事件報(bào)警，提醒乘員疏散）。
一旦有了報(bào)警信號(hào)，車(chē)內(nèi)人員就有了足夠的逃生時(shí)間，從而可以將人身安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
?
有多家鋰電廠中層呼吁，應(yīng)建立新能源汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)制度，要求新能源汽車(chē)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)地標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)。
不同于燃油車(chē)，新能源汽車(chē)年檢應(yīng)針對(duì)高壓電氣、動(dòng)力電池等特點(diǎn)建立相適應(yīng)的安全檢查制度。新能源年檢制度的建立可保證新能源汽車(chē)的使用安全，一定程度上避免安全事故的發(fā)生。
當(dāng)前市場(chǎng)已有很多車(chē)輛超過(guò)設(shè)計(jì)壽命要求繼續(xù)在使用，使用到后期會(huì)存在安全風(fēng)險(xiǎn)，因此建議針對(duì)運(yùn)行時(shí)間或行駛里程超過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的車(chē)輛制定強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。
?
?
?
?
也有新能源汽車(chē)企業(yè)高管向《財(cái)經(jīng)》記者表示，不要過(guò)度監(jiān)管，不是多加一道國(guó)家檢測(cè)，就萬(wàn)事大吉了。還是要通過(guò)市場(chǎng)手段來(lái)解決問(wèn)題。
一家大型鋰電廠高管表示，目前最為可行的辦法就是與保險(xiǎn)公司合作，共同建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
平安產(chǎn)險(xiǎn)副總經(jīng)理朱友剛告訴《財(cái)經(jīng)》記者，目前《機(jī)動(dòng)車(chē)綜合商業(yè)保險(xiǎn)條款（2014版）》已經(jīng)基本能覆蓋電動(dòng)車(chē)的現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)，只是個(gè)別條款可能不適用。
“隨著下一步電動(dòng)車(chē)保有量的不斷增加和風(fēng)險(xiǎn)的逐步暴露，肯定需要為其開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的保險(xiǎn)產(chǎn)品。平安產(chǎn)險(xiǎn)會(huì)在車(chē)電分離保險(xiǎn)、電池自燃保險(xiǎn)、電池容量保障保險(xiǎn)等多方面進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新。”朱友剛說(shuō)。
如果能對(duì)電動(dòng)車(chē)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的檢測(cè)，并將數(shù)據(jù)提供給保險(xiǎn)公司，對(duì)于保險(xiǎn)公司在輔助判定車(chē)輛故障、控制道德風(fēng)險(xiǎn)、提升理賠時(shí)效等方面，都有著巨大的幫助。
除了檢測(cè)外，大數(shù)據(jù)共享也是另一個(gè)好方法。在車(chē)輛使用過(guò)程中，整車(chē)企業(yè)掌握了大量的電池安全數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有共享給上游企業(yè)。
?
?
市場(chǎng)的問(wèn)題當(dāng)然需要市場(chǎng)來(lái)解決。但面對(duì)系統(tǒng)性問(wèn)題來(lái)說(shuō)，如何打破各方利益壁壘，形成全行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制，這就需要政府與市場(chǎng)主體共同協(xié)調(diào)。
動(dòng)力電池哪家強(qiáng)？
這是一個(gè)極不好蓋棺定論的事情。但對(duì)于新能源車(chē)消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，他們對(duì)于電池性能的感知并不算強(qiáng)烈，更多是以動(dòng)力電池安全性作為最為直觀的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)。
但這又是件極為可笑的標(biāo)準(zhǔn)！
如果動(dòng)力電池安全不過(guò)關(guān)，你為什么要賣(mài)給我？你怎么敢賣(mài)給我？至少當(dāng)年三星手機(jī)電池爆炸所引來(lái)的負(fù)面作用還依舊存在，更何況現(xiàn)在爆炸或自燃的是大幾十萬(wàn)的車(chē)。難道說(shuō)現(xiàn)在市面上這么多新能源汽車(chē)品牌，真的沒(méi)有“靠譜的”能給消費(fèi)者帶來(lái)“安全感”嗎？
這種群眾想法恰恰應(yīng)了國(guó)產(chǎn)新能源品牌前途汽車(chē)企業(yè)負(fù)責(zé)人的一個(gè)觀點(diǎn)：揣在口袋里的手機(jī)電池安全問(wèn)題或許是個(gè)人問(wèn)題，而新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池安全問(wèn)題，卻是社會(huì)問(wèn)題。
其實(shí)，解決這個(gè)“社會(huì)問(wèn)題”，并非不可能，歸根結(jié)底三件事：保證電池單體安全、保證電池組安全、保證整車(chē)電池安全。
哪種電池最安全？
連廣告法都不敢說(shuō)“最”，又有哪個(gè)電池廠家敢說(shuō)自己的產(chǎn)品“最安全”呢？哪有什么最安全，只有更合適一說(shuō)。
首先你要明白，動(dòng)力電池是什么東東？早先我們使用的堿性電池，頂多算是個(gè)鞭炮，具有不穩(wěn)定性，會(huì)爆炸，但威力可控，危害可控。而現(xiàn)在鋰電池被廣泛使用，因?yàn)樗p、儲(chǔ)電量更大。當(dāng)然它天生就是“爆”脾氣。要知道氫彈中的成分就是從鋰中提取。
既然都使用鋰電池，如何保證電池單體（電芯）的綜合性能就成為車(chē)用動(dòng)力電池選擇的關(guān)鍵。目前市面上主要是圓柱、方殼和軟包三種形態(tài)。
圓柱電芯，可簡(jiǎn)單理解成將N多個(gè)干電池捆綁在一起，單個(gè)電池儲(chǔ)電量小，整個(gè)電池系統(tǒng)對(duì)電芯的一致性要求高，同時(shí)需要一個(gè)非常非常先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)來(lái)統(tǒng)籌。
比如特斯拉Model S P100D使用了8256顆電芯。論電池個(gè)體技術(shù)含量不高，但人家花大價(jià)錢(qián)讓松下配了一套性能極高的電池管理系統(tǒng)。
而方殼與軟包電芯無(wú)論在空間利用率還是電池壽命上都要比圓柱好。兩者最大的區(qū)別可能就是各自的“抗壓模式”不同。在電池內(nèi)部過(guò)熱，壓力過(guò)大的情況下，方殼電芯是爆發(fā)性泄壓，俗稱(chēng)“炸了就玩完”，不會(huì)給你什么逃生機(jī)會(huì)。
而軟包電芯因?yàn)楹穸刃?，電芯散熱，溫度一致性都更好，即便需要泄壓，也是一個(gè)緩緩釋放的過(guò)程，不會(huì)影響整個(gè)電池組工作。
當(dāng)然，不能說(shuō)軟包電芯就完全沒(méi)危險(xiǎn)，“萬(wàn)一”發(fā)生危險(xiǎn)，也是緩慢發(fā)生，留下十幾秒逃生時(shí)間。
日常生活中，鋰電池幾乎隨處可見(jiàn)，大到電動(dòng)汽車(chē)，小到電腦主板電池，到一些由于鋰電池而引起的各種安全事故，給人印象最深刻的莫過(guò)于鋰電池產(chǎn)生的爆炸、起火等現(xiàn)象。電池內(nèi)部的設(shè)計(jì)還是存在一點(diǎn)缺陷的，當(dāng)電池在充滿電狀態(tài)下，在存在缺陷處，電池溫度上升、能量過(guò)剩，于是電解液分解產(chǎn)生氣體，電池內(nèi)壓急劇上升而發(fā)生自燃或爆炸。在這種情況下，我們能做的選擇較好的電芯，如聚合物鋰電池。 智能手機(jī)、筆記本、充電寶以及類(lèi)似的電子產(chǎn)品設(shè)備，出現(xiàn)的問(wèn)題源于充電器或者鋰電池。
現(xiàn)在可充電電池在狹小的空間內(nèi)存儲(chǔ)了大量電能。在電池按預(yù)想的模式運(yùn)行時(shí)候，以受控的方式緩慢輸出電力，如果某個(gè)原因?qū)е码娏ρ杆籴尫牛ū热缯f(shuō)人為的短路），就會(huì)存在爆炸或者起火的風(fēng)險(xiǎn)。我曾經(jīng)看到電池起過(guò)幾次火，有些是故意的（做鋰電池機(jī)械性能就會(huì)故意破壞），有些是意料之外的。
鋰電池爆容易爆炸嗎？真正引起爆炸的原因是什么？
作為鋰電池行業(yè)從業(yè)者，我認(rèn)為有很多原因?qū)е码姵仄鸹鸹蛘弑ǎ?/div>
1、設(shè)計(jì)時(shí)正極過(guò)量，或者涂布不均，運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)導(dǎo)致極片錯(cuò)位，充電時(shí)有鋰枝晶出現(xiàn)。
2、運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)導(dǎo)致極片錯(cuò)位，導(dǎo)致電極膨脹時(shí)通過(guò)殼體或連接片發(fā)生短路。
3、毛刺和粉塵，振動(dòng)和膨脹造成隔膜短路。
4、隔膜不良。
5、點(diǎn)焊鎳帶時(shí)電流過(guò)大，將內(nèi)部外層隔膜損傷或增加金屬粉塵。
6、運(yùn)輸過(guò)程電壓和溫度造成SEI層的不穩(wěn)定。
7、充電過(guò)充。電芯過(guò)充電時(shí)，正極的鋰過(guò)度放出會(huì)使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而放出的鋰過(guò)多也容易無(wú)法插入負(fù)極中，也容易造成負(fù)極表面析鋰，而且，當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時(shí)，電解液會(huì)分解生產(chǎn)大量的氣體
8、水分過(guò)高。水份可以和電芯中的電解液反應(yīng)，生產(chǎn)氣體，充電時(shí)，可以和生成的鋰反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過(guò)充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時(shí)很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會(huì)使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無(wú)法承受時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。
9、負(fù)極容量不足。 當(dāng)正極部位對(duì)面的負(fù)極部位容量不足，或是根本沒(méi)有容量時(shí)，充電時(shí)所產(chǎn)生的部分或全部的鋰就無(wú)法插入負(fù)極石墨的間層結(jié)構(gòu)中，會(huì)析在負(fù)極的表面，形成突起狀“枝晶”，而下一次充電時(shí)，這個(gè)突起部分更容易造成鋰的析出，經(jīng)過(guò)幾十至上百次的循環(huán)充放電后，“枝晶”會(huì)長(zhǎng)大，最后會(huì)刺穿隔膜紙，使內(nèi)部產(chǎn)生短
10、內(nèi)部短路。由于內(nèi)部產(chǎn)生短路現(xiàn)象，電芯大電流放電，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜，而造成更大的短路現(xiàn)象，這樣電芯就會(huì)產(chǎn)生高溫，使電解液分解成氣體，造成內(nèi)部壓力過(guò)大，當(dāng)電芯的外殼無(wú)法承受這個(gè)壓力時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。
11、外部短路。外部短路可能由于操作不當(dāng)，或誤使用所造成，由于外部短路，電池放電電流很大，會(huì)使電芯的發(fā)熱，高溫會(huì)使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。以上這些都是會(huì)造成鋰電池包自燃的原因，當(dāng)然影響鋰電池出現(xiàn)安全問(wèn)題的因素眾多，比如使用劣質(zhì)電芯，pack工藝不規(guī)范，用戶(hù)使用不當(dāng)?shù)榷紩?huì)造成一定安全問(wèn)題，但是我們也要清醒認(rèn)識(shí)到，鋰電池自燃畢竟只是極小概率事件，我們不能一棒子打死一群人，還是要從多方面考慮，盡量減少造成鋰電問(wèn)題的外部因素，希望有關(guān)從業(yè)者提高技術(shù)和檢測(cè)能力。用戶(hù)在使用過(guò)程中也要有所注意。
