清華大學(xué)何向明：鋰離子電池安全可靠性評估探索

　　7月20日，2018第二屆中國新能源汽車測試評價技術(shù)發(fā)展高峰論壇在深圳坪山盛大開幕。本屆論壇由深圳市坪山區(qū)科技創(chuàng)新服務(wù)署指導(dǎo)，重慶車輛檢測研究院有限公司與電動汽車資源網(wǎng)聯(lián)合主辦。對于電動汽車而言，目前主要的問題包括電池成本較高、里程焦慮、可靠性問題。在本屆論壇上，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)研究室主任何向明主要就動力電池的安全可靠性展開分析。

　　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

　　目前由于動力電池引發(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，之前均通過安全認證，發(fā)生原因基本上是不可預(yù)測的內(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，均是合格品。那么，問題出在哪里?

　　安全性與可靠性的概念

　　動力電池安全性問題主要分為兩個方面：濫用熱失控、自引發(fā)熱失控。其中濫用熱失控是可預(yù)測的，可以通過測試進行評估，可以通過保護措施進行改善;而自引發(fā)熱失控是不可預(yù)測的，無法通過測試進行評估，也不能通過質(zhì)量管理來完全消除，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題，而非產(chǎn)品質(zhì)量問題。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 、專門性—可靠性、維修性和保障性。產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品性能隨時間的保持能力，換句話說，要長時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、試驗和管理工作。

　　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)計過程中的一個瓶頸性難題，何向明認為，這很大程度上是因為人們對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驗和理論積累。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、測試、設(shè)計是非常重要也是必需的。

　　鋰離子電池安全可靠性評估探索

　　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，主要包括局部過熱、負極析鋰、金屬顆粒異物、隔膜瑕疵、設(shè)計/制造缺陷、極片變形、微短路等原因。局部過熱超過T1時，電池就可能維持一個自發(fā)的放熱“鏈式”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)致局部過熱，析鋰生長出鋰枝晶，短路，導(dǎo)致局部過熱;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試評估方法

　　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，因此可對應(yīng)的通過微短路測試、熱穩(wěn)定測試、鋰析出檢測、CT檢測檢測可以對目前的鋰離子電池的“安全可靠性”進行評估。這樣可以一定程度上找出電池可靠性和失效的原因，進一步提高電池可靠水平。何向明認為，目前日本電池的安全可靠性最好，中國和韓國電池水平相當(dāng)。