新能源汽车动力电池的安全性及解决方法

在新能源轿车开展过程中，除价格高、续驶里程短和充换电基础设施缺乏外，动力安全性是消费者和专业人士重视的要点。这个问题也影响到了动力电池比能量的进步。
    “开展防短路、防过充、防热失控、防焚烧及不燃性电解液是应对动力电池安全性的要害。”武汉大学艾新平教授在上海举办的第14届中国国际工业博览会新能源轿车产业开展高峰论坛上着重。
锂离子动力电池不安全行为的发作机制
    艾新平分析指出，锂离子动力电池除了正常的充放电反响外，还存在许多潜在的放热副反响。当电池温度或充电电压过高时，很简单引发这些放热副反响。
首要的过热副反响包含:
1.SEI膜在温度高于130℃时分化，使电解液在暴露的高活性碳负极外表很多复原分化放热，导致电池温度升高。这是引发电池热失控的底子原因。
2.充电态正极的热分化放热，及进一步由活性氧引发的电解液分化，加重了电池内部的热量堆集，促进了热失控。
3.电解质的热分化导致电解液分化放热，加快了电池温升。
4.粘结剂与高活性负极的反响。LixC6与PVDF反响的开始温度约为240℃，峰值290℃，反响热为1500J/g。
    首要的过充副反响为，有机电解液氧化分化，产生有机小分子气体,导致电池内压增大，温度升高。
    当放热副反响的产热速率高于动力电池的散热速率时，电池内压及温度急剧上升，进入无法操控的自加温状况，即热失控，导致电池焚烧。电池越厚，容量越大，散热越慢，产热量越大，越简单引发安全问题。
锂离子动力电池不安全行为的引发要素
    首要包含下述3种情况引起的短路:①隔阂外表导电粉尘、正负极错位、极片毛刺和电解液散布不平等工艺要素;②材猜中金属杂质;③低温充电、大电流充电、负极功能衰减过快导致负极外表析锂，振荡或磕碰等使用过程。
    此外，还有大电流充电导致的部分过充，极片涂层、电液散布不均引起部分过充，正极功能衰减过快等过充要素。
锂离子动力电池安全技能的发展
    电池安全规划制作、PTC限流设备、压力安全阀、热关闭隔阂及进步电池资料的热安稳性等惯例办法，有其局限性，只能在一定程度上下降电池不安全行为的发作概率。艾新平着重:要底子处理，需求研讨防短路、防过充、防热失控、防焚烧及不燃性电解液的新技能，建立电池自激起安全维护机制。
1.防止电池内部短路。陶瓷隔阂和负极热阻层等维护涂层。
2.防过充技能。
    ①氧化复原电对添加剂。在电解液中参加一种氧化复原电对O/R，当电池过充时，R在正极上氧化成O,随之O涣散至负极又复原成R。如此内部循环，使充电电势胁迫在安全值，按捺电解液分化及其他电极反响发作。
    二甲氧基苯衍生物具有安稳的电压胁迫才能，但因溶解度低，胁迫才能小于0.5C;电池自放电大。还需在Shuttle分子结构方面进一步研讨。
    可逆过充维护不只能处理电池的过充电问题，且有利于电池组中单体电池的容量平衡，下降对电池一致性的要求，还能延伸电池使用寿命。
    ②电压灵敏隔阂。在隔阂部分微孔中填充一种电活性聚合物，在正常充放电电压区间，隔阂呈绝缘态，只允许离子传导;当充电电压达到操控值时，聚合物被氧化掺杂成为电子导电态，在正负极间构成聚合物导电桥，使充电电流旁路，可防止电池过充。
3.防止热失控的技能。
    ①温度灵敏电极(PTC电极)。PTC资料在常温下，涣散于聚合物基质中的导电炭黑触摸杰出，可构成杰出的电子传输通道，有较高的电子导电性;当温度上升至复合物的居里转化温度时，聚合物基质胀大，导电炭黑脱离触摸，复合物电导急剧下降。
    高温下，镶嵌在PTC电极集流体和电极活性物涂层之间的PTC涂层电阻急剧增大，可堵截电流传输，停止电池反响，防止电池因热失控引发的安全问题。
    例如，PTC钴酸锂(LiCoO2)电极，试验结果标明，在80~120℃高温下，表现出杰出的自激起热阻断作用，能防止电池因过充和外部短路引发的安全问题。
    但PTC电极对内部短路力不从心。另外，聚合物PTC资料的温度呼应特性还有待进一步优化。
    ②热关闭电极。在电极或隔阂外表润饰一层纳米球状热熔性资料。常温下，球状颗粒的堆积构成多孔，不影响离子的液相传输;当温度升高至球体资料的消融温度时，球体消融成细密膜，堵截离子传输，可停止电池反响。
    ③热固化电池。在电解液中参加一种能够发作热聚合的单体。当温度升高时发作聚合，使电解液固化，堵截离子传输，使电池反响停止。例如，试验标明，BMI电解液添加剂对电池充放电根本没有影响，高温下，BMI可按捺电池充放电。
4.防止电池焚烧的不燃性电解液。有机磷酸酯具有高阻燃、对电解质盐较强溶解才能的特性。例如，DMMP(二甲氧基甲基磷酸酯):低粘度(cP~1.75,25℃)，低熔点、高沸点(-50~181℃)，强阻燃(P-content:25%)，锂盐溶解度高。
    不过，阻燃溶剂在使用中存在下述问题:与负极匹配性较差，电池充放电库伦功率低。因而，需求寻觅匹配的成膜添加剂。
动力电池商用化中应留意的安全问题
    对锂离子动力电池的安全性，艾新平以为，首要，因为正极资料的热分化仅仅热失控反响的一部分，因而从理论上看，磷酸铁锂电池并非肯定安全，大容量电池装车时要稳重。
    其次，因为电池检测的概率，经过安全性检测的动力电池不能证明是肯定安全的。严厉起见，应检测全充放循环一定周次后的电池;阅历低温充电后的电池;对电池模块和电池组进行安全测验。
    还有，在电池使用过程中，整车厂商尽可能将动力电池的环境温度操控在20~45℃规模，这样既能有用进步电池使用寿命和可靠性，还能防止低温析锂造成的短路和高温热失控问题。