动力电池安全问题有哪些新进展？
来源：宝鄂实业
2019-08-01 10:34
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“现在动力电池最重要的问题就是安全，动力电池产业发展前景非常广阔，但前提是必须解决安全问题。” 中国科学院院士欧阳明高表示，根据市场监管总局提供的数据，2018年至今，已发生80余起电动汽车火灾事故，电动汽车的安全问题已不容忽视。
“据统计，在2018年的新能源汽车事故中，充电引起的占29%，静置引起的占14%，涉水引起的则占10%。”欧阳明高表示，为寻求解决电动汽车安全隐患的答案，其团队在研究了国内外主要电动汽车品牌的电池后发现，电池在快充300-500次后稳定性变差。“通常新电池的热失控温度约为215度，而过多使用快充的电池热失控临界点则会降至107度。”
对此，中国北方车辆研究所动力电池实验室主任王子冬表示认同。王子冬坦言，其团队也曾做过相关实验，发现同一批生产的电池，放置不动和安装在车上使用，导致的结果完全不同。“在车上使用的电池更易出现问题，电池放置不用并不会着火，两者的差异就在于是否使用和充电。”
记者了解到，除电池使用不当易引发安全问题外，一味追求高性能也是引发电池安全问题的重要原因之一。“动力电池的性能包括能量密度、公里密度、循环寿命、成本四个方面，这四个方面不仅很难全部兼顾，还很容易与安全起冲突，即企业选择了高性能就无法顾及安全。比如目前大热的三元电池，其安全性就不如磷酸铁锂电池。”中国工程院院士陈清泉坦言。
半导体芯片带来曙光
“想要降低快充给电池带来的热失控，就必须对快充技术进行精确管控，需要根据不同温度、电荷状态、 衰减情况等多因素建立输出功率的MAP图或模型。” 宁德时代董事长助理孟祥峰表示，掌握热控制对电池的安全至关重要。
此外，发展更安全的电池技术路线也是保障安全的重要举措之一。“未来高镍三元锂等高能量密度电池不应是发展重点，全固态电池则尚看不清未来。所以我认为，未来应该以磷酸铁锂电池为发展主力，在此基础上再提高性价比。” 中国工程院院士杨裕生表示，磷酸铁锂电池具备安全性高、寿命长，不含短缺金属三大优势，是较为理想的动力电池技术路线。“磷酸铁锂电池不需用到镍、钴等稀有金属，再加上目前已掌握的微纳结构—碳包覆技术，就能弥补电导率不高的问题，在微小型电动车和第二代增程式车完全适用。”
而针对快充问题，杨裕生则认为需要发展新型电池。“目前使用的石墨负极，可以快放电，但不能快充；钛酸锂电池可以实现快速充放，但价格很高，所以我们要发展新型电池。”杨裕生认为，想要得到高安全性、廉价的快充电池，关键在于新材料的使用，目前该项目的研发已取得一定进展。
“目前，我们已经掌握了一项突破性的新技术，可以通过使用制造半导体的方法来解决动力电池高性能与高安全性之间的矛盾，但目前还无法实现产业化。”陈清泉透露，虽然目前由于保密原因无法对外公布太多关于该技术的详情与细节，“但只要能够利用好半导体芯片，就能同时解决动力电池安全性、高性能和产业化的问题。”在纯电动汽车中，动力电池系统是由多个动力电池单体电芯构成，在工作过程中会产生大量的热量聚集在狭小的电池箱体内。而如果热量不能够及时地快速散出，不仅会影响动力电池寿命，而且严重情况下还会出现热失控的现象，从而引发起火爆炸等事故。而如果从原理上说，造成热失控的原因主要有四种情况，即机械滥用、电滥用、热滥用以及内部短路。
image005.jpg其中，机械滥用主要是指当汽车发生碰撞时，由于受到外力的作用，锂电池单体、电池组发生变形，自身不同部位发生相对位移，导致电池隔膜被撕裂并发生内部短路，易燃电解质泄漏最终引发起火。在机械滥用中，穿刺伤害最为严重，它可能会引发导体插入电池本体，造成正负极直接短路。
而电滥用主要是对电池的使用不当造成的，有外部短路、过度充电和过度放电几种类型。其中，因为过渡放电导致的危害最小，但是由于过度放电造成的铜枝晶的增长会降低电池的安全性，从而增加热失控的几率。而外部短路是在两个存在压差的导体在电芯外部接通导致的结果，当外部短路发生时，电池产生的热量无法很好的散发，电池温度也会随之上升，高温触发热失控。最后，过度充电是电滥用中危害最高的一种。由于过量的锂嵌入，锂枝晶在阳极表面生长。而锂的过度脱嵌导致阴极结构因发热和氧释放而崩溃。氧气的释放加速了电解质的分解，产生大量气体。由于内部压力的增加，排气阀打开，电池开始排气。电芯中的活性物质与空气接触后，发生剧烈反应，放出大量的热，从而引发电池包燃烧起火。
