中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：汽車電動(dòng)化的滾滾車輪之下，動(dòng)力電池安全始終是一把高懸在頂?shù)倪_(dá)摩克里斯之劍。
尤其是在中國，這種壓力表現(xiàn)的尤為明顯。一方面是逐年增長的電動(dòng)車保有量，這個(gè)數(shù)據(jù)從2011年的1萬輛到2016年的100萬輛，僅用了5年時(shí)間，而截至今年7月，國內(nèi)電動(dòng)汽車的保有量已經(jīng)達(dá)到281萬輛。
伴隨著保有量上升的，還有電動(dòng)汽車的安全事故，近兩年來，頻繁發(fā)生的安全事故已經(jīng)引起了行業(yè)的恐慌和擔(dān)憂，尤其是在通往更高續(xù)航的高能量密度電池導(dǎo)入規(guī)?；瘧?yīng)用的背景下，安全風(fēng)險(xiǎn)的控制變得極為重要，難度也越來越大。
科研是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)支撐，事實(shí)上，圍繞與電池安全，包括中國、德國、韓國、美國等多個(gè)國家和地區(qū)的一線科研團(tuán)隊(duì)都在聚焦于此，做針對性的研究和攻關(guān)。
2019年10月7——8日，2019國際電池安全大會(huì)（IBSW）在北京召開，大會(huì)由清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室主辦，會(huì)議主題是“為電動(dòng)汽車制造更安全的高比能電池”。近來自8個(gè)國家的400多位學(xué)術(shù)、企業(yè)及產(chǎn)業(yè)界代表出席。
與會(huì)各方共同討論了電池?zé)崾Э貦C(jī)-電-熱誘因及防控方法、電池?zé)崾Э匕l(fā)生機(jī)理與抑制方法、電池燃燒爆炸特性及火災(zāi)安全、電池系統(tǒng)熱失控蔓延與熱管理、電池析鋰與快充安全、固態(tài)電池安全性問題等六方面的內(nèi)容。
作為國家新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)主要的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，由中國科學(xué)院院士歐陽明高帶領(lǐng)的清華大學(xué)新能源動(dòng)力系統(tǒng)課題組對大容量動(dòng)力電池進(jìn)行了ARC試驗(yàn)，并基于此提出了動(dòng)力電池?zé)崾Э氐恼T發(fā)原因和防控方法。
對于熱失控的機(jī)理，歐陽明高指出，高比能量動(dòng)力電池3種主要熱失控機(jī)理，第一種是隔膜刺穿導(dǎo)致內(nèi)短路引發(fā)熱失控。第二種是高比能量電池正級(jí)析釋活性氧，析氧密度隨著比能量提升在不斷下降。第三種是負(fù)極析活性鋰，就是快充或者過充引起的。
而針對上述三種熱失控誘因，歐陽明高團(tuán)隊(duì)也針對性的給出了防控方法：第一，內(nèi)短路和控制內(nèi)短路的方法，即BMS。第二，正極析氧引發(fā)的熱失控和電池的熱設(shè)計(jì)。第三，負(fù)極析鋰跟電解液的劇烈反應(yīng)導(dǎo)致的熱失控以及充電控制。如果這三個(gè)機(jī)理、三種技術(shù)都不能解決熱失控問題，還有最后一招，就是抑制熱蔓延，通過了解熱蔓延的規(guī)律，把熱蔓延抑制住，可最終防止安全事故的發(fā)生。
愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室Boryann Liaw教授則更關(guān)注鋰電池安全失效模式分析。在他看來，很多公司知道怎么樣制造電池，怎么樣降低成本，但是很少有公司知道怎么樣來管理電池安全風(fēng)險(xiǎn)。
Boryann Liaw教授希望希望從動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，從不同的單電池、電池組，不同的相關(guān)事件直接進(jìn)行一致性的比較分析和研究。他將其稱之為定量的電化學(xué)分析診斷法。
大部分的研究目前還只是定性的，例如只是知道析鋰會(huì)造成問題，但不知道析多少鋰能產(chǎn)生多么嚴(yán)重的事故，而這往往才是最為關(guān)鍵的。他強(qiáng)調(diào)，希望涉及到電池設(shè)計(jì)、電池安全性問題以及驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，都能夠?qū)崿F(xiàn)定量分析，
來自德國烏爾姆大學(xué)的Juergen Garche教授關(guān)注的是鋰電池老化問題的機(jī)理以及老化帶來的安全性問題。
Juergen Garche教授介紹，導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐挠|發(fā)溫度分別為120度、180度、450度。而影響電池?zé)崾Э氐挠绊懸蛩匕穗姵爻叽?、SOC、時(shí)間、溫度、循環(huán)。而對于電池老化對于安全的影響來看，主要是由于產(chǎn)生的SEI膜和析鋰帶來的不穩(wěn)定性。
安全測試是驗(yàn)證電池安全的途徑和門檻。來自美國馬里蘭大學(xué)Michael Pecht教授重點(diǎn)介紹了UL 1642，這個(gè)發(fā)布于1985年10月的標(biāo)準(zhǔn)，最新一版更新于2015年。
Michael Pecht認(rèn)為，更新后的測試標(biāo)準(zhǔn)目的是降低安全風(fēng)險(xiǎn)，防止火災(zāi)和爆炸的發(fā)生，盡管難度越來越大，但會(huì)給企業(yè)研發(fā)高安全電池發(fā)揮了顯著的指導(dǎo)作用。
美國Celgard公司張正銘教授則將目光投向了電池燃燒時(shí)正負(fù)極的反應(yīng)。他以今年4月上海特斯拉起火事件為例，通過高速攝影機(jī)回顧了其起火的過程。
張正銘教授提出，特斯拉起火最先冒白煙，發(fā)生在一毫秒之間，而通過分析白煙，其判斷，主要和正極跟電解液相關(guān)，和負(fù)極關(guān)聯(lián)性不大，隨后的黑煙與負(fù)極相關(guān)。而通過分析正負(fù)極燃燒的反應(yīng)，可以進(jìn)一步對于安全的防范進(jìn)行針對性的措施。
除了電動(dòng)汽車面臨電池安全風(fēng)險(xiǎn)，作為另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域的儲(chǔ)能也同樣面臨這樣的壓力，這一點(diǎn)，韓國已經(jīng)深有體會(huì)。
從2017年8月到2019年5月，韓國總共發(fā)生23起儲(chǔ)能電站火災(zāi)，其中14起是在充電后發(fā)生，6起發(fā)生在充放電過程中，3件是在安裝和施工途中發(fā)生火災(zāi)。僅去年11月一個(gè)月就發(fā)生四起火災(zāi)。
韓國科學(xué)技術(shù)研究院Won II Cho介紹了韓國儲(chǔ)能系統(tǒng)（ESS）發(fā)生火災(zāi)的教訓(xùn)。
Won II Cho介紹，火災(zāi)原因主要是來自于：電池保護(hù)系統(tǒng)不良、運(yùn)營環(huán)境管理不良、安裝疏忽、儲(chǔ)能系統(tǒng)集成（EMS，PCS）不良等4種因素。同時(shí)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一些電池存在制造缺陷但在模擬測試中并未造成火災(zāi)。
Won II Cho個(gè)人認(rèn)為，韓國儲(chǔ)能安全事故的發(fā)生，一個(gè)不可忽略的因素就包括電池失效，而導(dǎo)致電池失效的原因與儲(chǔ)能所處的環(huán)境溫度、濕度、以及使用過程中的不當(dāng)有一定關(guān)系。
此外，在此次會(huì)議上，密歇根大學(xué)的Anna G. Stefanopoulou介紹了高置信度老化診斷中的膨脹、析鋰保護(hù)和熱失控檢測等相關(guān)內(nèi)容。美國太空總署Eric Darcy介紹了NASA在金屬化塑料電流收集器方面的研究進(jìn)展，電池專家Klaus Brandt介紹了充電電池的鋰金屬正極安全研究進(jìn)展。
