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欧阳明高：动力电池安全技术将成企业竞争主战场

2018-09-29

中国电源产业网

导语：9月20日，在全球未来出行大大会上，中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高，在全球新能源汽车创新环节中，重点提到新能源汽车动力电池安全问题。

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9月20日，在全球未来出行大大会上，中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高，在全球新能源汽车创新环节中，重点提到新能源汽车动力电池安全问题。

今年电动汽车事故自燃事件频发，根据国外电动汽车自燃起火的原因主要是碰撞后起火。国内电动汽车“起火”则主要有以下几个特征：第一，电池类型以三元电池为主，比例超过一半，当然也有磷酸铁锂电池；第二，圆柱形电池为主，因为圆柱电池外部是钢壳，卷的比较紧，一旦发生热失控，它会爆炸，之后会引燃其他电池。第三，充电失火的事故占比较大。

欧阳明高指出，电池热失控是事故主要原因。电池的热失控在电池达到一定温度后产生了连锁的负反应，也就是放热反应。电池温度快速上升，最高速度可达每秒钟温升接近1千度。

热失控是怎么引起的？欧阳明高说：首先是电池过热而导致热失控，过热的原因则有可能是电池包本身温度不均匀、过充过放、外短路、内短路等等，这些电会放热，还有机械原因，如进水、密封不好、碰撞等。

欧阳明高把动力电池自燃主要认为是产品质量问题。产品质量是指产品在设计、制造、验证、使用过程中没有严格遵守相关技术标准和规范。主要有三类：1、电池产品测试过程验证不足；2、车辆使用过程中遇到可靠性变化；3、充电安全管理技术有问题。

在欧阳明高看来，高比能量电池面临更严峻的安全技术挑战。根据中国新能源汽车动力电池比能量发展的趋势，我国将迅速向300wh/kg的高比能量电池迈进，高比能产品也会进入市场。例如，高镍三元811电池很快就会进入市场，这些高比能量的电池比原有的相对低的比能量的电池，所面临的安全技术的要求会更高。

高比能量电池热失控的呈现几个特征温度。欧阳明高表示，一般来说，当电池温度升高到一定程度，电池就会自产热，这个温度为T1温度，产热发生到一定程度无法抑制，热失控触发，形成T2温度，最后温度上升到最高点就称之为T3温度。热失控机理主要发生在T2到T3阶段。一般认为是内短路造成热失控，但是研究中发现，高比能量则不完全由短路引起。高比能电池在没有内短路情况下，同样会发生热失控。原因主要为高比能量电池的耐高温新型隔膜到200度以上没有变化，电解液基本完全蒸发，但在230-250度时，正极材料相变放出的氧与负极反应产生放热高峰。

欧阳明高强调，各种不同镍含量的三元锂离子电池有差异。811电池与常用的622或者532相比，放热峰明显的都比其它高，这表明811的热稳定性较差。经过分析得到初步结论，高镍正极对全电池安全有较大的影响，硅炭负极对安全在初期影响不大，但是在循环衰减后影响比较大。

应对这种热稳定差也有一系列的改进途径，通过新的方法，一，利用单晶颗粒来替代多晶的正极材料，电池的热稳定性会有好的改善，相应的安全性也会有很好的保障。二，通过对热失控蔓延过程的测试和仿真的传热分析，设计了一种隔热的方法，就是在主导传热的路径上加隔热材料，实验结果确实达到了隔断热失控蔓延的效果。第三，热失控的诱因是内短路，用电池和事故电池的分析发现，电池制造时均匀的极片在使用一段时间之后会产生折叠区域的破裂，容易发生局部的析锂，从而导致热失控。

内短路分以下几类，1、铝集流体和负极相连是最危险的内短路。2、充电。比如电池的不一致性导致的，因为不一致，充电过程中有的地方已经充满，有的地方还没有充满，就会导致有一些充满的电池微过充，接着就会在负极材料上析锂，产生锂枝晶，就是所谓的析锂，导致安全性变差，甚至短路。3、老化。电池老化后不一致性会扩大，电池管理的精确性也会变差。另外，低温环境下的老化会严重影响电池的热稳定性，发生热失控的自生热温度会降低，这就更容易导致热失控。

欧阳明高指出：通过研究发现，保障电池系统安全性的核心是研发先进的电池管理系统。目前，在电池管理系统方面，国内的产品功能不足、精度不够，尤其是安全功能不全，这就需要加大电池管理系统的研发力度。

该如何彻底解决电池安全性问题呢？欧阳明高表示，近期可以通过一些技术来保障安全性，但是长远看，要保障电池的绝对安全就需要前瞻性的科学研究。锂离子动力电池高比能是全世界范围的发展方向和趋势，不能因为有安全问题就不发展高比能量电池，关键是把握好高比能量与安全性之间的平衡点。比如：高镍三元锂离子动力电池安全问题，其机理是正极会释放氧，我们可以通过界面的修饰来延缓正极释氧，提高稳定性；再一个就是开发下一代的固态电解质，从根本上解决电解液燃烧的问题。基于各国动力电池技术路线的比较，短期是液态电解液的锂离子电池，下一步将会向固态电池方向发展。欧阳明高建议应该走类似的路径，即短期是液态电解质，发展高镍三元正极和硅炭负极，通过电池管理系统和热蔓延的抑制来防止安全事故发生，这类电池能够满足电动汽车500公里续驶里程的要求。中长期，从液态电解质逐步过渡到全固态电池，估计在2030年全固态电池将会得到产业化应用。

欧阳明高在动力电池政策方面提出以下建议：

第一，原有的产业化目标（2020年单体达到350瓦时/公斤，系统260瓦时/公斤，循环寿命2000次）是偏高的，从安全角度考虑，我认为不宜强行推行。

第二，补贴政策要符合技术发展的规律，对能量密度的提升不宜过快、不宜更改过频，这是我对财政部的建议。

第三，尽快推出电动汽车安全年检规范。为了更好处理和分析电动汽车事故，最好有电动汽车黑匣子，同时电池包要留有消防安全的接口，目前的电池包封的很死，导致消防灭火时困难重重，这些都是对公安部的建议。

最后，电池安全是电池技术革命性突破的第一重点，也是纯电动汽车性能提升的第一关键，电池产业发展越到后期，电池安全也会遇到技术瓶颈，比如十分钟充300公里以上的电的快充技术，会对电池安全带来挑战，电压从300V提高到600V甚至800V，这些都与安全相关，也是今后纯电动汽车竞争的主战场。

安全是电动汽车可持续发展的生命线，需要全面提升现有锂离子动力电池系统安全技术，并全力突破新型固态电池技术。

编辑：编辑部

来源：《电源工业》杂志

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