安全性測試不能保障新能源汽車動力電池質量 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準,但實際上,在嚴格的檢測驗證,符合安全標準的動力電池仍然不能保證其安全性。
電池安全性標準是否有效
其實在動力電池實際運用著安全性測試還是無法保障動力電池的安全的,這是由于,鋰離子電池安全性分為濫用安全性和現場安全性。所謂的濫用安全性是指機械的問題,如:擠壓、針刺、短路、過充、過熱、熱箱、火燒等;現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,這些問題隨機發(fā)生,引起內短路,從而引起過熱與熱失控。
從安全的角度來看,濫用安全性是可預測的,對每一個電池可以通過測試進行評估,發(fā)生過程較長,可以通過保護措施進行改善;但自引發(fā)安全性是不可預測的,隨機小概率發(fā)生,無法通過測試進行評估,也不能通過質量管理完全消除。目前,所有的安全性措施,均不能完全消除動力電池安全隱患。
就以鋰離子電池安全性現實情況為例,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算:18650電池的單電池事故統(tǒng)計概率約為千萬分之一,再以電池組中18650電池的實際數量通過簡單加法就可以大概核算出電池事故的概率,但是在實際應用情況一定遠高于合算數值,而發(fā)生此類事故的原因基本上是不可預測的內短路所造成,而這種內短路無法完全消除,引起安全事故的電池在制造時,均是合格品。
在動力電池領域,大電池(組)的散熱遠較小電池(單只)困難;動力電池管理系統(tǒng)更為復雜,其有效性和可靠性降低;動力電池的使用環(huán)境更惡劣(高低溫、震動、碰撞);動力電池要求的使用壽命長,在生命周期的中尾期問題更嚴重。
總的來說,濫用安全性標準的測試結果,與發(fā)生或者不發(fā)生安全性事故,之間沒有“科學”聯系。
內短路引發(fā)熱失控的機理
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。從制造過程當中的瑕疵,應用過程中的瑕疵,設計過程中的瑕疵,以及一些不正當的應用,原因很多。與均勻發(fā)熱的外短路不同的是,內短路是局部點的高溫。
內短路風險評估主要包括:低溫析鋰、負極金屬沉積、充電析鋰、數據加權、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)現不了的微小的金屬污染物都能導致內部短路。
正極金屬污染物---化學內部短路:鐵、鉻、鎳、銅、鋅等,即使肉眼都發(fā)現不了的微小的金屬污染物都能導致內部短路,污染物在電池充電時在正極被氧化,變成離子進入溶液,在電場作用下移動到負極,并在負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,表現為嚴重自放電或者熱失控。
導致金屬異物進入鋰電子里面的可能性途徑有很多,汽車電池在生產或者行駛的過程中隨時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,生產環(huán)境的質量控制需要非常嚴格。
判斷一個電池好還是不好,最直觀的方式就是拆開看隔膜,如果沒有任何污點,那么這樣的電池比拆開以后存在很多污點的電池要好很多。這是因為電池在充放電過程當中正極負極有沉積效應,沉積效應循環(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,何向明認為可能都是這種原因,因此在電池設計的時候,一定要考慮這個因素。
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鍵參數,建立與熱失控的演變過程之間的“科學” 聯系是解決動力電池熱失控的主要手段。
另外從動力電池實際使用現狀來看,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依據。實際上電池的熱穩(wěn)定性的安全性和生產企業(yè)有關,和材料無關。
這是因為熱失控根本原因是電池熱失控過程為“鏈式”放熱反應,解決方案即減少放熱,切斷“鏈式”放熱反應。應對策略包括:減少內部化學反應放熱量、減少內部化學反應放熱量、提高化學反應發(fā)生的溫度、降低電池溫度升高的速率、增強電池對外散熱等。通過這些措施,將鏈式方面的路徑改變,電池就可以做得更為安全。
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