简述从动力电池的原材料对动力电池的安全性进行分析

最近电动车烧的有点猛,各个院士、专家、学者们也纷纷开始对安全性进行了专门的探讨,也得出了一些方向性的建议和指导。本系列将从动力电池的设计、制造、测试等过程一一分析影响电池安全的各个因素,希望能起到抛转引玉的一个目的,毕竟,电动汽车的安全性是一个系统的工程,并不能一蹴而就。本文将从动力电池的原材料开始,对动力电池的安全性进行一一的分析,希望能引起大家的共鸣。

1、正极材料

杂质含量:杂质含量包含金属和非金属,杂质越多,自放电的可能性会越大,如果颗粒过大,随着电池的使用,此颗粒有可能会越来越大,最终导致电池的短路,因而不管是正极材料厂家还是电池厂,都会采取一定的措施去控制原材料的杂质含量,例如烧结设备的选择,从金属更换为非金属,制作完成时也会有除杂的过程;在电池厂时也会有相关的检测手段和设备,使用时也得严格控制环境的粉尘等级等等,都是有效的防止杂质含量提高的手段;

磁性物质含量:主要是金属杂质中具有磁性的物质,这些物质如果含量过高,在使用过程中会形成一个个的活性位点,不断的沉积最终导致电池的内部短路,因而需要严格的把控,目前材料厂都会对自己所生产的原材料进行除磁,最终的检验标准也很严格,一般是ppb级别,检测方法一般是ICP法,在此就不在详述,有兴趣的小伙伴们可以查阅相关的资料;

热稳定性:随着三元材料中镍含量的升高,正极材料的热稳定性会随之降低,这个一般用DSC或ARC去测量,温度过高导致正极材料的分解、释氧,引发热失控,所以对于这个指标,实际上是有两层意义,一方面,可以通过包覆、掺杂的方法提高正极材料的热稳定性;另一方面,可以通过控制电池的温度使用范围,去让电池达到一个合理的使用区间;

2、负极材料

和正极材料一样,也是有杂质含量、磁性物质含量以及热稳定性的要求,具体的影响机理和正极是类似的,在此不再详述。

3、隔膜

隔膜作为主要的关键原材料,其很多指标都和安全直接相关;

穿刺强度:穿刺强度的大小直接影响着电池发生内部短路的可能性,理想状态当然是越大越好,但对于干法、湿法以及有涂层的隔膜来说是有区别的,随着技术水平的提高,隔膜的厚度是越来越薄,涂覆的东西也是越来越多,主流还是陶瓷,也有各自胶、甚至有导电剂等等,这些都能在一定程度上提高隔膜的穿刺强度。

抗拉强度:对于卷绕型电芯而言,随着电池循环的不断进行,边角处的应力会随着正负极的不断膨胀而增大,所以对于隔膜的抗拉强度要求也是逐渐提高的,要求电池在整个使用周期内是安全的,实际上对于隔膜的要求也是很高的。