围绕动力锂电池热失控问题(高温热失控为主),讨论影响电池安全性的各种因素,以及如何进一步提升锂离子电池安全性的技术手段与技术措施。清华大学欧阳明高教授在会上分析了动力锂电池热失控的三种诱因,并对此提出了一些解决方法及建议。热诱因通俗来讲,所谓的热诱因就是外部高温环境,包括外部起火、电池散热不良等。在外部高温下,由于锂离子电池结构的特性,SEI膜、电解液等会发生分解反应,电解液的分解物还会与正极、负极发生反应,电芯隔膜将融化分解,多种反应导致大量热量的出现。隔膜融化导致内部短路,电能量的释放又增大了热量的生产。这种累积的互相增强的破坏用途,其后果是导致电芯防爆膜破裂,电解液喷出,发生燃烧起火。
试验数据显示,当电池单体温度达到135℃时,隔膜开始融化,电压下降;150℃电池电压快速下降;等温度高达245℃时,隔膜完全崩溃,电池就会出现起火爆炸的现象。对此,厂商可以从电池设计和BMS电池管理系统两个方面来解决。从电池设计角度,可以开发来防止热失控的材料,阻断热失控的反应;从电池管理角度,可以预测不同的温度范围,来含义不同的安全等级,从而进行分级报警。
现在市面上的电动汽车的动力锂电池都包含热管理系统,采用风冷或者水冷方法为电池散热。关于用户,要从使用习惯开始消除热诱因,比如防止阳光直射车辆、车内不要放置易燃物等,同时常备车载灭火器,消除自燃因素。此外,时刻关注仪表板或中控屏上的电池温度信息,一般来说电池单体的工作温度在40℃~50℃之间,高于或低于这个温度范围都是不利于电池使用的。电化学诱因电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的,时间非常长,而且不了解它什么时候会出现热失控。若进行试验,无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程,都在研究当中。要解决这个问题,首先提高制造工艺减少电池制造中的杂质。这就要选择产品品质好的电池厂商,其次对内短路进行安全预测,在没有发生热失控之前,要找到有内短路的单体。这意味着必须要找到单体的特点参数,可以先从一致性着手。电池是不一致的,内阻也是不一致的,只要找到中间有变异的单体,就可以将其辨别出来。具体而言,正常的一个电池的等效电路和发生了微短路的等效电路,方程的形式实际上是相同的,只不过正常单体、微短路的单体的参数发生了变化。可以针对这些参数来进行研究,看其在内短路变化中的一些特点。满电状态的电池负极上嵌入大量锂离子,过充后,负极片上出现析锂现象,出现针状的锂金属结晶,刺穿隔膜发生短路。在BMS电池管理系统中,都会有过充保护策略,当系统检测到电池电压达到阈值时,就会关断充电回路,对电池进行保护。虽然在出厂前,厂家针对BMS都会进行一些列电性能测试,但是为了预防万一,还是不建议广大用户长时间给电动汽车充电,并且选择正规的充电设备,消除过充隐患。