近日，清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院新型能源與材料化學(xué)研究室主任何向明在某行業(yè)論壇上針對(duì)動(dòng)力電池的安全可靠性展開分析。

目前由于動(dòng)力電池引發(fā)的安全性事故較多，值得關(guān)注的是，發(fā)生安全事故的鋰離子電池，之前均通過(guò)安全認(rèn)證，發(fā)生原因基本上是不可預(yù)測(cè)的內(nèi)短路所造成，而這種內(nèi)短路似乎是不能完全消除; 引起安全事故的電池在制造時(shí)，均是合格品。那么，問(wèn)題出在哪里?

安全性與可靠性的概念

動(dòng)力電池安全性問(wèn)題主要分為兩個(gè)方面：濫用熱失控、自引發(fā)熱失控。

其中濫用熱失控是可預(yù)測(cè)的，可以通過(guò)測(cè)試進(jìn)行評(píng)估，可以通過(guò)保護(hù)措施進(jìn)行改善;而自引發(fā)熱失控是不可預(yù)測(cè)的，無(wú)法通過(guò)測(cè)試進(jìn)行評(píng)估，也不能通過(guò)質(zhì)量管理來(lái)完全消除，目前所有的安全性措施，均不能完全消除鋰離子電池安全隱患。

何向明表示，動(dòng)力電池由于內(nèi)部短路，也就是自引發(fā)熱失控導(dǎo)致的事故是可靠性問(wèn)題，而非產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品的一組固有特性，描述該產(chǎn)品滿足顧客和其他相關(guān)方要求的能力。產(chǎn)品固有特性包括性能特性—性能指標(biāo) 、專門性—可靠性、維修性和保障性。產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品性能隨時(shí)間的保持能力，換句話說(shuō)，要長(zhǎng)時(shí)間地保持性能就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快維修好是產(chǎn)品很重要的質(zhì)量特性。要使產(chǎn)品高可靠、好維修就要在產(chǎn)品開發(fā)中開展可靠性、維修性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和管理工作。

鋰離子電池安全可靠性定義

鋰離子電池安全可靠性是指鋰離子電池在正常使用條件下不發(fā)生熱失控的概率。電池發(fā)生安全性事故是電池的一種極端的失效事件。可靠性估算是大型鋰離子電池組設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)瓶頸性難題，何向明認(rèn)為，這很大程度上是因?yàn)槿藗儗?duì)電池的理解還非常有限，在該技術(shù)研究方面缺少足夠的實(shí)驗(yàn)和理論積累。但是在工程領(lǐng)域，分析電池潛在的失效模式并開發(fā)相應(yīng)的緩解措施，這種可靠性研究、測(cè)試、設(shè)計(jì)是非常重要也是必需的。

鋰離子電池安全可靠性評(píng)估探索

何向明表示，要避免潛在熱失控，首先要預(yù)防為主：發(fā)現(xiàn)鋰離子電池潛在的安全失效的原因，找出鋰離子電池安全失效的潛在測(cè)試方法，找出能夠避免或減少這些潛在安全失效發(fā)生的措施，設(shè)計(jì)能夠避免或減少安全失效后損害的措施。

鋰離子電池安全失效的潛在原因有很多，何向明表示，主要包括局部過(guò)熱、負(fù)極析鋰、金屬顆粒異物、隔膜瑕疵、設(shè)計(jì)/制造缺陷、極片變形、微短路等原因。局部過(guò)熱超過(guò)T1時(shí)，電池就可能維持一個(gè)自發(fā)的放熱“鏈?zhǔn)?rdquo;化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致熱失控;析鋰與電解液反應(yīng)放熱，導(dǎo)致局部過(guò)熱，析鋰生長(zhǎng)出鋰枝晶，短路，導(dǎo)致局部過(guò)熱;即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導(dǎo)致內(nèi)部短路;隔膜方面，可能由于孔杜塞，導(dǎo)致堵塞孔周邊鋰析出;極片方面，由于極片在充放電過(guò)程中，內(nèi)部應(yīng)力變化，極片形變，或者由于極片在充放電過(guò)程中的膨脹收縮，導(dǎo)致內(nèi)短路。

鋰離子電池安全失效的潛在測(cè)試評(píng)估方法

由于鋰離子電池安全失效的潛在原因可分為內(nèi)短路、熱穩(wěn)定、鋰析出、極片位置異常四大類，因此可對(duì)應(yīng)的通過(guò)微短路測(cè)試、熱穩(wěn)定測(cè)試、鋰析出檢測(cè)、CT檢測(cè)檢測(cè)可以對(duì)目前的鋰離子電池的“安全可靠性”進(jìn)行評(píng)估。這樣可以一定程度上找出電池可靠性和失效的原因，進(jìn)一步提高電池可靠水平。何向明認(rèn)為，目前日本電池的安全可靠性最好，中國(guó)和韓國(guó)電池水平相當(dāng)。