清華大學何向明：鋰離子電池安全可靠性評估探索

7月20日，2018第二屆中國新能源汽車測試評價技術發(fā)展高峰論壇在深圳坪山盛大開幕。本屆論壇由深圳市坪山區(qū)科技創(chuàng)新服務署指導，重慶車輛檢測研究院有限公司與電動汽車資源網聯(lián)合主辦。對于電動汽車而言，目前主要的問題包括電池成本較高、里程焦慮、可靠性問題。在本屆論壇上，清華大學核能與新能源技術研究院新型能源與材料化學研究室主任何向明主要就動力電池的安全可靠性展開分析。

清華大學核能與新能源技術研究院新型能源與材料化學研究室主任何向明

目前由于動力電池引發(fā)的安全性事故較多，值得關注的是，發(fā)生安全事故的鋰離子電池，之前均通過安全認證，發(fā)生原因基本上是不可預測的內短路所造成，而這種內短路似乎是不能完全消除； 引起安全事故的電池在制造時，均是合格品。那么，問題出在哪里？

安全性與可靠性的概念

動力電池安全性問題主要分為兩個方面：濫用熱失控、自引發(fā)熱失控。其中濫用熱失控是可預測的，可以通過測試進行評估，可以通過保護措施進行改善；而自引發(fā)熱失控是不可預測的，無法通過測試進行評估，也不能通過質量管理來完全消除，目前所有的安全性措施，均不能完全消除鋰離子電池安全隱患。

何向明表示，動力電池由于內部短路，也就是自引發(fā)熱失控導致的事故是可靠性問題，而非產品質量問題。產品質量是產品的一組固有特性，描述該產品滿足顧客和其他相關方要求的能力。產品固有特性包括性能特性—性能指標 、專門性—可靠性、維修性和保障性。產品可靠性是產品性能隨時間的保持能力，換句話說，要長時間地保持性能就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快維修好是產品很重要的質量特性。要使產品高可靠、好維修就要在產品開發(fā)中開展可靠性、維修性設計、試驗和管理工作。

鋰離子電池安全可靠性定義

鋰離子電池安全可靠性是指鋰離子電池在正常使用條件下不發(fā)生熱失控的概率。電池發(fā)生安全性事故是電池的一種極端的失效事件。可靠性估算是大型鋰離子電池組設計過程中的一個瓶頸性難題，何向明認為，這很大程度上是因為人們對電池的理解還非常有限，在該技術研究方面缺少足夠的實驗和理論積累。但是在工程領域，分析電池潛在的失效模式并開發(fā)相應的緩解措施，這種可靠性研究、測試、設計是非常重要也是必需的。

鋰離子電池安全可靠性評估探索

何向明表示，要避免潛在熱失控，首先要預防為主：發(fā)現(xiàn)鋰離子電池潛在的安全失效的原因，找出鋰離子電池安全失效的潛在測試方法，找出能夠避免或減少這些潛在安全失效發(fā)生的措施，設計能夠避免或減少安全失效后損害的措施。

鋰離子電池安全失效的潛在原因有很多，何向明表示，主要包括局部過熱、負極析鋰、金屬顆粒異物、隔膜瑕疵、設計／制造缺陷、極片變形、微短路等原因。局部過熱超過T1時，電池就可能維持一個自發(fā)的放熱“鏈式”化學反應，最終導致熱失控；析鋰與電解液反應放熱，導致局部過熱，析鋰生長出鋰枝晶，短路，導致局部過熱；即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導致內部短路；隔膜方面，可能由于孔杜塞，導致堵塞孔周邊鋰析出；極片方面，由于極片在充放電過程中，內部應力變化，極片形變，或者由于極片在充放電過程中的膨脹收縮，導致內短路。

鋰離子電池安全失效的潛在測試評估方法

由于鋰離子電池安全失效的潛在原因可分為內短路、熱穩(wěn)定、鋰析出、極片位置異常四大類，因此可對應的通過微短路測試、熱穩(wěn)定測試、鋰析出檢測、CT檢測檢測可以對目前的鋰離子電池的“安全可靠性”進行評估。這樣可以一定程度上找出電池可靠性和失效的原因，進一步提高電池可靠水平。何向明認為，目前日本電池的安全可靠性最好，中國和韓國電池水平相當。

（作者： 丘山）