中國儲能網(wǎng)訊：汽車電動化的滾滾車輪之下，動力電池安全始終是一把高懸在頂?shù)倪_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車保有量，這個數(shù)據(jù)從2011年的1萬輛到2016年的100萬輛，僅用了5年時間，而截至今年7月，國內(nèi)電動汽車的保有量已經(jīng)達到281萬輛。
伴隨著保有量上升的，還有電動汽車的安全事故，近兩年來，頻繁發(fā)生的安全事故已經(jīng)引起了行業(yè)的恐慌和擔憂，尤其是在通往更高續(xù)航的高能量密度電池導入規(guī)模化應用的背景下，安全風險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)展的重要技術支撐，事實上，圍繞與電池安全，包括中國、德國、韓國、美國等多個國家和地區(qū)的一線科研團隊都在聚焦于此，做針對性的研究和攻關。
2019年10月7——8日，2019國際電池安全大會（IBSW）在北京召開，大會由清華大學電池安全實驗室主辦，會議主題是“為電動汽車制造更安全的高比能電池”。近來自8個國家的400多位學術、企業(yè)及產(chǎn)業(yè)界代表出席。
與會各方共同討論了電池熱失控機-電-熱誘因及防控方法、電池熱失控發(fā)生機理與抑制方法、電池燃燒爆炸特性及火災安全、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專項主要的研發(fā)團隊，由中國科學院院士歐陽明高帶領的清華大學新能源動力系統(tǒng)課題組對大容量動力電池進行了ARC試驗，并基于此提出了動力電池熱失控的誘發(fā)原因和防控方法。
對于熱失控的機理，歐陽明高指出，高比能量動力電池3種主要熱失控機理，第一種是隔膜刺穿導致內(nèi)短路引發(fā)熱失控。第二種是高比能量電池正級析釋活性氧，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，歐陽明高團隊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計。第三，負極析鋰跟電解液的劇烈反應導致的熱失控以及充電控制。如果這三個機理、三種技術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。
愛達荷國家實驗室Boryann Liaw教授則更關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險。
Boryann Liaw教授希望希望從動力學的基礎上，從不同的單電池、電池組，不同的相關事件直接進行一致性的比較分析和研究。他將其稱之為定量的電化學分析診斷法。
大部分的研究目前還只是定性的，例如只是知道析鋰會造成問題，但不知道析多少鋰能產(chǎn)生多么嚴重的事故，而這往往才是最為關鍵的。他強調(diào)，希望涉及到電池設計、電池安全性問題以及驗證等環(huán)節(jié)，都能夠實現(xiàn)定量分析，
來自德國烏爾姆大學的Juergen Garche教授關注的是鋰電池老化問題的機理以及老化帶來的安全性問題。
Juergen Garche教授介紹，導致電池熱失控的觸發(fā)溫度分別為120度、180度、450度。而影響電池熱失控的影響因素包括了電池尺寸、SOC、時間、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。
安全測試是驗證電池安全的途徑和門檻。來自美國馬里蘭大學Michael Pecht教授重點介紹了UL 1642，這個發(fā)布于1985年10月的標準，最新一版更新于2015年。
Michael Pecht認為，更新后的測試標準目的是降低安全風險，防止火災和爆炸的發(fā)生，盡管難度越來越大，但會給企業(yè)研發(fā)高安全電池發(fā)揮了顯著的指導作用。
美國Celgard公司張正銘教授則將目光投向了電池燃燒時正負極的反應。他以今年4月上海特斯拉起火事件為例，通過高速攝影機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，和負極關聯(lián)性不大，隨后的黑煙與負極相關。而通過分析正負極燃燒的反應，可以進一步對于安全的防范進行針對性的措施。
除了電動汽車面臨電池安全風險，作為另一個重要應用領域的儲能也同樣面臨這樣的壓力，這一點，韓國已經(jīng)深有體會。
從2017年8月到2019年5月，韓國總共發(fā)生23起儲能電站火災，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。僅去年11月一個月就發(fā)生四起火災。
韓國科學技術研究院Won II Cho介紹了韓國儲能系統(tǒng)（ESS）發(fā)生火災的教訓。
Won II Cho介紹，火災原因主要是來自于：電池保護系統(tǒng)不良、運營環(huán)境管理不良、安裝疏忽、儲能系統(tǒng)集成（EMS，PCS）不良等4種因素。同時調(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。
Won II Cho個人認為，韓國儲能安全事故的發(fā)生，一個不可忽略的因素就包括電池失效，而導致電池失效的原因與儲能所處的環(huán)境溫度、濕度、以及使用過程中的不當有一定關系。
此外，在此次會議上，密歇根大學的Anna G. Stefanopoulou介紹了高置信度老化診斷中的膨脹、析鋰保護和熱失控檢測等相關內(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展。
