电池安全性标准是否有用?
何向明表示,在目前,全世界有很多的锂电池安全标准,但实际上,在严格的检测验证,符合安全标准的动力电池仍然不能保证其安全性。
为什么安全性测试无法保障动力电池的安全?何向明表示,锂离子电池安全性分为滥用安全性和现场安全性。所谓的滥用安全性是指机械的问题,如:挤压、针刺、短路、过充、过热、热箱、火烧等;现场性安全性则是由制造瑕疵引起,如:连接问题、隔膜损坏、粉尘等,这些问题随机发生,引起内短路,从而引起过热与热失控。
从安全的角度来看,滥用安全性是可预测的,对每一个电池可以通过测试进行评估,发生过程较长,可以通过保护措施进行改善;但自引发安全性是不可预测的,随机小概率发生,无法通过测试进行评估,也不能通过质量管理完全消除。目前,所有的安全性措施,均不能完全消除锂离子电池安全隐患。
锂离子电池安全性现实情况是,发生安全事故的锂离子电池,之前均通过安全认证。对于笔记本电脑电池而言,发生概率在几百万分之一; 如果按电池容量做事故几率简单放大计算:18650电池的事故统计概率—~千万分之一,单只电池能量:9.2Wh;20KWh、100KWh电池组安全事故几率:2.2/10000和1.1/1000;实际情况一定远高于此数, 发生原因基本上是不可预测的内短路所造成,而这种内短路无法完全消除,引起安全事故的电池在制造时,均是合格品。
在动力电池领域,大电池(组)的散热远较小电池(单只)困难;动力电池管理系统更为复杂,其有效性和可靠性降低;动力电池的使用环境更恶劣(高低温、震动、碰撞);动力电池要求的使用寿命长,在生命周期的中尾期问题更严重。
简而言之,滥用安全性标准的测试结果,与发生或者不发生安全性事故,之间没有“科学”联系。
内短路引发自引发热失控
短路上的安全性,到目前看来有那么多的因素。从制造过程当中的瑕疵,应用过程中的瑕疵,设计过程中的瑕疵,以及一些不正当的应用,原因很多。与均匀发热的外短路不同的是,内短路是局部点的高温。
内短路如何引发热失控?
内短路风险评估主要包括:低温析锂、负极金属沉积、充电析锂、数据加权、微短路,以及热稳定。其中最主要的是低温充电的情况下,是否会析锂,即使肉眼都发现不了的微小的金属污染物都能导致内部短路。
正极金属污染物---化学内部短路:铁、铬、镍、铜、锌等,即使肉眼都发现不了的微小的金属污染物都能导致内部短路,污染物在电池充电时在正极被氧化,变成离子进入溶液,在电场作用下移动到负极,并在负极表面得到电子被还原成金属,不断地长大,刺穿隔膜,形成短路,表现为严重自放电,或者热失控。
正极金属污染物实验验证:在电池内部放入不锈钢粉,结果不锈钢粉在正极表面,充放电时溶解到电解液中,并在负极表面析出。
导致金属异物进入锂电子里面的可能性有很多,干燥气封口发现的不锈钢颗粒、空调风管镀锌,有水分时会导致Zn脱落、门的来回移动导致合页产生金属粉尘、闭门器会导致不锈钢粉、移动的开关会产生不锈钢粉尘、柜子的磁吸会产生金属粉尘、桌角与角铁碰撞会产生金属粉尘、生产设备被磨损的金属等,都可能会通过空气传递到电池制造中。因此,要把电池做好,生产环境的质量控制需要非常严格。
判断一个电池好还是不好,最直观的方式就是拆开看隔膜,如果没有任何污点,那么这样的电池比拆开以后存在很多污点的电池要好很多。
每一款电池充电过程,存在一个析锂边界条件(温度、电流、电压),在不同温度、不同倍率下,充电的电流的边界条件,高于边界条件是很危险的。实际上,动力电池企业对于这些问题非常清楚,但在实际生产的过程中,很多世界一线品牌的厂家都会忽略这些问题,造成极大的安全隐患。
除此以外,何向明表示,目前国内的电池隔膜有一个瑕疵,而且是严重的瑕疵。如果在正负极期间有一块阻抗非常大的,阻抗大的时候,锂电池从正极切向负极的时候就会形成一个点,多出来的锂离子会析出,国产隔膜里面是会出现这种情况的,如果是由于点的孔不好,或者是孔位堵了,这就是隔膜摩擦造成的隐患。
此外,电池在充放电过程当中正极负极有沉积效应,沉积效应循环一定程度之后就会造成短路,电池就会爆炸。很多电池的事故,何向明认为可能都是这种原因,因此在电池设计的时候,一定要考虑这个因素。
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