電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
煙霧、火災甚至爆炸等常見的鋰電池事故的根源大都來自于電池熱量的“失控”。要怎么樣將電池內的熱管理工作做好，為電池中的熱量分子們戴上“緊箍咒”，已成為將來處理動力鋰離子電池安全的必答題。
“鋰電池安全與否，歸根究竟取決于電池能否避免熱失控。”武漢大學教授艾新平解析，在鋰電池中，除了我們熟知的正常充放電反應外，還存在著潛在的負反應。
“溫度越高，電池負反應的反應速度就越大，最終導致電池進入一個無法控制的自加溫狀態，也即熱失控狀態。它是導致電池發生爆炸和燃燒的主因。”艾新平進一步解釋。
“采用不同的正極材料，鋰電池的安全性就不同。”艾新平解釋，這是由于正極在電池中所占的質量比是最大的，常規來說放熱量也是最大，“因此正極材料的選擇對電池的安全性影響非常大。”
三個層面進行熱管理
“要提高電池的安全性，需從三個層面入手。一是材料層面，二是單體層面，第三個層面是系統層面。”艾新平解析。
在材料層面，要重點提高材料和界面的熱穩定性，降低其產熱量；在單體層面，除優化電池熱設計外，更緊要的是發展熱保護技術，如PTC電極、熱封閉隔膜等；在系統層面，則需重點開展隔熱設計，戒備熱擴展。
研究聲明，在對電池系統的熱分解中，磷酸鐵鋰的熱穩定性從材料上來講是最好的。“電池的安全性首先取決于自身材料的安全性。”上海交通大學特聘教授馬紫峰指出，要新增電池的安全性，高能量的電池就可能要在系統設計當中加入特定的保護裝置，比如說冷卻系統、防爆系統等。
在單體層面，除了常規的熱安全設計外，更緊要的是要建立單體自激發熱保護。“讓單體能依據自身感受的溫度，調整自己的電流輸出或功率輸出。電池倘若可以封閉反應，其產熱也就終止了。”艾新平指出，PTC熱敏電阻材料的一個緊要特征就是溫度升高到一定程度時，該材料就會從一個良好的導電態變成絕緣態，這將是單體熱保護技術中的緊要路徑之一。
“除材料和單體的影響，系統也是電池安全性熱管理中不可缺失的一環。“在系統中，對電池狀態的估計非常緊要，要用數學模型將其精確描述出來，并與電池的模型中的材料化學體系對應起來。”馬紫峰表示。
“提高材料或界面的熱穩定性，開發單體自激發熱保護技術，以及系統熱擴展防范技術，可有效改善電池系統的安全性，將來需增強研究。”艾新平表示，電池的安全性問題將伴隨電池比能量提高而變得愈加嚴峻，但不應由此否定動力鋰離子電池技術路線和發展趨勢，正確面對并積極探索一些新的安全性技術，以促使電池技術進步。
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