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清華大學(xué)何向明:鋰離子電池安全可靠性評估探索

2018-07-23 17:47:49 電動汽車資源網(wǎng)  點擊量: 評論 (0)
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)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。

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(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?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)。

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