三个层面进行热管理
要提高电池的安全性,需从三个层面入手。一是材料层面,二是单体层面,第三个层面是系统层面。艾新平介绍。
在材料层面,要重点提高材料和界面的热稳定性,降低其产热量;在单体层面,除优化电池热设计外,更重要的是发展热保护技术,如PTC电极、热关闭隔膜等;在系统层面,则需重点开展隔热设计,防止热扩展。
研究表明,在对电池系统的热分析中,磷酸铁锂的热稳定性从材料上来讲是最好的。电池的安全性首先取决于自身材料的安全性。上海交通大学特聘教授马紫峰指出,要新增电池的安全性,高能量的电池就可能要在系统设计当中加入特定的保护装置,比如说冷却系统、防爆系统等。
在单体层面,除了常规的热安全设计外,更重要的是要建立单体自激发热保护。让单体能根据自身感受的温度,调整自己的电流输出或功率输出。电池假如可以关闭反应,其产热也就终止了。艾新平指出,PTC热敏电阻材料的一个重要特点就是温度升高到一定程度时,该材料就会从一个良好的导电态变成绝缘态,这将是单体热保护技术中的重要路径之一。
除材料和单体的影响,系统也是电池安全性热管理中不可缺失的一环。在系统中,对电池状态的估计非常重要,要用数学模型将其精确描述出来,并与电池的模型中的材料化学体系对应起来。马紫峰表示。
提高材料或界面的热稳定性,开发单体自激发热保护技术,以及系统热扩展防范技术,可有效改善电池系统的安全性,未来需加强研究。艾新平表示,电池的安全性问题将伴随电池比能量提高而变得愈加严峻,但不应由此否定动力锂电池技术路线和发展趋势,正确面对并积极探索一些新的安全性技术,以促进电池技术进步。