在新能源汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中，除價(jià)格高、續(xù)駛里程短和充換電基礎(chǔ)設(shè)施不足外，動(dòng)力安全性是消費(fèi)者和專業(yè)人士關(guān)注的重點(diǎn)。這個(gè)問(wèn)題也影響到了動(dòng)力電池比能量的提升。
“發(fā)展防短路、防過(guò)充、防熱失控、防燃燒及不燃性電解液是應(yīng)對(duì)動(dòng)力電池安全性的關(guān)鍵。”武漢大學(xué)艾新平教授11月8日在上海舉行的第14屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上強(qiáng)調(diào)。
鋰離子動(dòng)力電池不安全行為的發(fā)生機(jī)制
艾新平分析指出，鋰離子動(dòng)力電池除了正常的充放電反應(yīng)外，還存在很多潛在的放熱副反應(yīng)。當(dāng)電池溫度或充電電壓過(guò)高時(shí)，很容易引發(fā)這些放熱副反應(yīng)。
主要的過(guò)熱副反應(yīng)包括:1.SEI膜在溫度高于130℃時(shí)分解，使電解液在裸露的高活性碳負(fù)極表面大量還原分解放熱，導(dǎo)致電池溫度升高。這是引發(fā)電池?zé)崾Э氐母驹颉?/p>
2.充電態(tài)正極的熱分解放熱，及進(jìn)一步由活性氧引發(fā)的電解液分解，加劇了電池內(nèi)部的熱量積累，促進(jìn)了熱失控。
3.電解質(zhì)的熱分解導(dǎo)致電解液分解放熱，加快了電池溫升。
4.粘結(jié)劑與高活性負(fù)極的反應(yīng)。LixC6與PVDF反應(yīng)的起始溫度約為240℃，峰值290℃，反應(yīng)熱為1500J/g。
主要的過(guò)充副反應(yīng)為，有機(jī)電解液氧化分解，產(chǎn)生有機(jī)小分子氣體,導(dǎo)致電池內(nèi)壓增大，溫度升高。
當(dāng)放熱副反應(yīng)的產(chǎn)熱速率高于動(dòng)力電池的散熱速率時(shí)，電池內(nèi)亞及溫度急劇上升，進(jìn)入無(wú)法控制的自加溫狀態(tài)，即熱失控，導(dǎo)致電池燃燒。電池越厚，容量越大，散熱越慢，產(chǎn)熱量越大，越容易引發(fā)安全問(wèn)題。
鋰離子動(dòng)力電池不安全行為的引發(fā)因素
主要包括下述3種情況引起的短路:①隔膜表面導(dǎo)電粉塵、正負(fù)極錯(cuò)位、極片毛刺和電解液分布不均等工藝因素;②材料中金屬雜質(zhì);③低溫充電、大電流充電、負(fù)極性能衰減過(guò)快導(dǎo)致負(fù)極表面析鋰，振動(dòng)或碰撞等應(yīng)用過(guò)程。
此外，還有大電流充電導(dǎo)致的局部過(guò)充，極片涂層、電液分布不均引起局部過(guò)充，正極性能衰減過(guò)快等過(guò)充因素。
