隔膜设计会影响电池内短路发生吗？
来源：宝鄂实业
2019-07-07 18:19
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动力电池科技公司远景AESC中国研发负责人林玉春在接受《财经》记者采访时表示，隔膜设计是影响电池内短路发生的重要因素之一。如果隔膜设计余量不够或者设计方向不对，会影响隔膜的机械延展性与柔韧性，导致充电过程出现萎缩，继而正负极相互接触，造成短路。
同时，在生产工艺中把控不严，电芯混入金属颗粒，这些杂质在充放电过程中会导致电极表面差异反应，不断积累后会刺破隔膜，从而导致短路。
一旦有一颗电芯出现问题，如短路、断路等，将影响电池组内其他电芯，从而造成内部出现严重问题，最终导致安全问题。
特斯拉这种用串联电路的电动车尤为危险。软银中国投资的台湾固态电池生产企业辉能科技股份有限公司行销经理许容祯告诉《财经》记者，特斯拉拥有4416颗锂电池，只要一个环节做的不好，就会发生连锁反应。
BMS技术需提高
一家大型锂电厂中层对《财经》记者表示，热管理系统在BMS中较为重要。热管理系统的基本工作原理是通过冷却或者加热的方式使电池包的温度维持在一定的温度范围从而保证电芯的性能发挥及寿命。
热管理系统主要分为三类：加热系统，风冷系统和水冷系统，不同的设计方案的工作原理不同，但都存在引发电池包热失控的可能性。
首先，对于水冷系统，它是通过液体对流交换，带走热量降低电芯温度的一种热管理方式，但是水冷板通常位于电池包的底部，安置于车辆的底盘，车辆长期运行过程中对水冷板的异常撞击，底部刮蹭，或者水冷设计结构长期可靠性失效，可能使其发生冷却液泄漏，进而导致电池包绝缘失效引起整车热失控。
第二，风冷系统，它是以空气为为介质，利用热对流降低电芯温度的一种热管理方式，但风冷设计会提高电池系统的密封设计难度，车辆长期运行过程密封结构失效，使其存在阴雨天行驶进水从而绝缘失效导致热失控的风险。
最后，对于主要应用在寒冷地区的电动汽车会使用加热系统，其原理是利用加热膜来对电池包加热，使其维持在合理的工作温度范围内，保证电芯性能发挥。加热膜的发热功率设计或者装配方案设计不合理，又或者其长期可靠性失效，也可能会导致电池包绝缘失效，进而引发热失控事件。
上述锂电厂中层表示，热管理这些问题目前已经有技术解决方案，并且能否有效解决这些问题是体现各厂家技术先进性的一个指标。
高能量密度下的风险

根据镍钴锰三元素的不同配比，又分为111型、532型、622型和811型。随着镍的比例不断提高，动力电池的能量比也会增加，这也就意味着汽车的续航里程将相应增加。
对于锂电池来说，安全、寿命、成本、能量密度这四者处于一种动态平衡的状态。如果能量密度提高，那么其他三者必然会出现一些问题。

追求高能量密度是发展的必然，但欧阳明高提醒《财经》记者，电动汽车高比能量动力电池的发展，安全永远是第一位的。



系统预警机制需建立



与此同时，《电动汽车安全要求》、《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》、《电动客车安全要求》3项强制性国家标准在今年年初进入征求意见阶段。
其中最为引人注意的是，相关强制性国家标准中首次提出逃生时间概念。根据规定，电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5分钟，应提供一个热事件报警信号（服务于整车热事件报警，提醒乘员疏散）。
一旦有了报警信号，车内人员就有了足够的逃生时间，从而可以将人身安全风险降到最低。

有多家锂电厂中层呼吁，应建立新能源汽车标准化检测制度，要求新能源汽车进行专业地标准化检测。
不同于燃油车，新能源汽车年检应针对高压电气、动力电池等特点建立相适应的安全检查制度。新能源年检制度的建立可保证新能源汽车的使用安全，一定程度上避免安全事故的发生。
当前市场已有很多车辆超过设计寿命要求继续在使用，使用到后期会存在安全风险，因此建议针对运行时间或行驶里程超过产品设计要求的车辆制定强制报废标准。




也有新能源汽车企业高管向《财经》记者表示，不要过度监管，不是多加一道国家检测，就万事大吉了。还是要通过市场手段来解决问题。
一家大型锂电厂高管表示，目前最为可行的办法就是与保险公司合作，共同建立相关标准。
平安产险副总经理朱友刚告诉《财经》记者，目前《机动车综合商业保险条款（2014版）》已经基本能覆盖电动车的现有风险，只是个别条款可能不适用。
“随着下一步电动车保有量的不断增加和风险的逐步暴露，肯定需要为其开发专门的保险产品。平安产险会在车电分离保险、电池自燃保险、电池容量保障保险等多方面进行产品创新。”朱友刚说。
如果能对电动车进行专门的检测，并将数据提供给保险公司，对于保险公司在辅助判定车辆故障、控制道德风险、提升理赔时效等方面，都有着巨大的帮助。
除了检测外，大数据共享也是另一个好方法。在车辆使用过程中，整车企业掌握了大量的电池安全数据，然而这些数据并没有共享给上游企业。


市场的问题当然需要市场来解决。但面对系统性问题来说，如何打破各方利益壁垒，形成全行业的标准化机制，这就需要政府与市场主体共同协调。
动力电池哪家强？
这是一个极不好盖棺定论的事情。但对于新能源车消费者来说，他们对于电池性能的感知并不算强烈，更多是以动力电池安全性作为最为直观的认定标准。
但这又是件极为可笑的标准！
如果动力电池安全不过关，你为什么要卖给我？你怎么敢卖给我？至少当年三星手机电池爆炸所引来的负面作用还依旧存在，更何况现在爆炸或自燃的是大几十万的车。难道说现在市面上这么多新能源汽车品牌，真的没有“靠谱的”能给消费者带来“安全感”吗？
这种群众想法恰恰应了国产新能源品牌前途汽车企业负责人的一个观点：揣在口袋里的手机电池安全问题或许是个人问题，而新能源汽车的动力电池安全问题，却是社会问题。
其实，解决这个“社会问题”，并非不可能，归根结底三件事：保证电池单体安全、保证电池组安全、保证整车电池安全。
哪种电池最安全？
连广告法都不敢说“最”，又有哪个电池厂家敢说自己的产品“最安全”呢？哪有什么最安全，只有更合适一说。
首先你要明白，动力电池是什么东东？早先我们使用的碱性电池，顶多算是个鞭炮，具有不稳定性，会爆炸，但威力可控，危害可控。而现在锂电池被广泛使用，因为它更轻、储电量更大。当然它天生就是“爆”脾气。要知道氢弹中的成分就是从锂中提取。
既然都使用锂电池，如何保证电池单体（电芯）的综合性能就成为车用动力电池选择的关键。目前市面上主要是圆柱、方壳和软包三种形态。
圆柱电芯，可简单理解成将N多个干电池捆绑在一起，单个电池储电量小，整个电池系统对电芯的一致性要求高，同时需要一个非常非常先进的电池管理系统来统筹。
比如特斯拉Model S P100D使用了8256颗电芯。论电池个体技术含量不高，但人家花大价钱让松下配了一套性能极高的电池管理系统。
而方壳与软包电芯无论在空间利用率还是电池寿命上都要比圆柱好。两者最大的区别可能就是各自的“抗压模式”不同。在电池内部过热，压力过大的情况下，方壳电芯是爆发性泄压，俗称“炸了就玩完”，不会给你什么逃生机会。
而软包电芯因为厚度小，电芯散热，温度一致性都更好，即便需要泄压，也是一个缓缓释放的过程，不会影响整个电池组工作。
当然，不能说软包电芯就完全没危险，“万一”发生危险，也是缓慢发生，留下十几秒逃生时间。
日常生活中，锂电池几乎随处可见，大到电动汽车，小到电脑主板电池，到一些由于锂电池而引起的各种安全事故，给人印象最深刻的莫过于锂电池产生的爆炸、起火等现象。电池内部的设计还是存在一点缺陷的，当电池在充满电状态下，在存在缺陷处，电池温度上升、能量过剩，于是电解液分解产生气体，电池内压急剧上升而发生自燃或爆炸。在这种情况下，我们能做的选择较好的电芯，如聚合物锂电池。 智能手机、笔记本、充电宝以及类似的电子产品设备，出现的问题源于充电器或者锂电池。
现在可充电电池在狭小的空间内存储了大量电能。在电池按预想的模式运行时候，以受控的方式缓慢输出电力，如果某个原因导致电力迅速释放（比如说人为的短路），就会存在爆炸或者起火的风险。我曾经看到电池起过几次火，有些是故意的（做锂电池机械性能就会故意破坏），有些是意料之外的。
锂电池爆容易爆炸吗？真正引起爆炸的原因是什么？
作为锂电池行业从业者，我认为有很多原因导致电池起火或者爆炸：
1、设计时正极过量，或者涂布不均，运输过程中振动导致极片错位，充电时有锂枝晶出现。
2、运输过程中振动导致极片错位，导致电极膨胀时通过壳体或连接片发生短路。
3、毛刺和粉尘，振动和膨胀造成隔膜短路。
4、隔膜不良。
5、点焊镍带时电流过大，将内部外层隔膜损伤或增加金属粉尘。
6、运输过程电压和温度造成SEI层的不稳定。
7、充电过充。电芯过充电时，正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化，而放出的锂过多也容易无法插入负极中，也容易造成负极表面析锂，而且，当电压达到4.5V以上时，电解液会分解生产大量的气体
8、水分过高。水份可以和电芯中的电解液反应，生产气体，充电时，可以和生成的锂反应，生成氧化锂，使电芯的容量损失，易使电芯过充而生成气体，水份的分解电压较低，充电时很容易分解生成气体，当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大，当电芯的外壳无法承受时，电芯就会爆炸。
9、负极容量不足。 当正极部位对面的负极部位容量不足，或是根本没有容量时，充电时所产生的部分或全部的锂就无法插入负极石墨的间层结构中，会析在负极的表面，形成突起状“枝晶”，而下一次充电时，这个突起部分更容易造成锂的析出，经过几十至上百次的循环充放电后，“枝晶”会长大，最后会刺穿隔膜纸，使内部产生短
10、内部短路。由于内部产生短路现象，电芯大电流放电，产生大量的热，烧坏隔膜，而造成更大的短路现象，这样电芯就会产生高温，使电解液分解成气体，造成内部压力过大，当电芯的外壳无法承受这个压力时，电芯就会爆炸。
11、外部短路。外部短路可能由于操作不当，或误使用所造成，由于外部短路，电池放电电流很大，会使电芯的发热，高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏，造成内部短路，因而爆炸。以上这些都是会造成锂电池包自燃的原因，当然影响锂电池出现安全问题的因素众多，比如使用劣质电芯，pack工艺不规范，用户使用不当等都会造成一定安全问题，但是我们也要清醒认识到，锂电池自燃毕竟只是极小概率事件，我们不能一棒子打死一群人，还是要从多方面考虑，尽量减少造成锂电问题的外部因素，希望有关从业者提高技术和检测能力。用户在使用过程中也要有所注意。
