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電池安全性標(biāo)準(zhǔn)是否有用？

清華大學(xué)鋰離子電池實(shí)驗(yàn)室主任何向明表示，在目前，全世界有很多的鋰電池安全標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際上，在嚴(yán)格的檢測驗(yàn)證，符合安全標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力電池仍然不能保證其安全性。

為什么安全性測試無法保障動(dòng)力電池的安全？何向明表示，鋰離子電池安全性分為濫用安全性和現(xiàn)場安全性。所謂的濫用安全性是指機(jī)械的問題，如：擠壓、針刺、短路、過充過放、熱沖擊、跌落、重物沖擊、外部火燒、翻轉(zhuǎn)、洗滌、海水浸泡等；現(xiàn)場性安全性則是由制造瑕疵引起，如：連接問題、隔膜損壞、粉塵等，這些問題隨機(jī)發(fā)生，引起內(nèi)短路，從而引起過熱與熱失控。

從安全的角度來看，濫用安全性是可預(yù)測的，對(duì)每一個(gè)電池可以通過測試進(jìn)行評(píng)估，發(fā)生過程較長，可以通過保護(hù)措施進(jìn)行改善；但自引發(fā)安全性是不可預(yù)測的，隨機(jī)小概率發(fā)生，無法通過測試進(jìn)行評(píng)估，也不能通過質(zhì)量管理完全消除。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。

鋰離子電池安全性現(xiàn)實(shí)情況是，發(fā)生安全事故的鋰離子電池，之前均通過安全認(rèn)證。對(duì)于筆記本電腦電池而言，發(fā)生概率在幾百萬分之一； 如果按電池容量做事故幾率簡單放大計(jì)算：18650電池的事故統(tǒng)計(jì)概率—~千萬分之一，單只電池能量：9.2Wh；20KWh、100KWh電池組安全事故幾率：2.2/10000和1.1/1000;實(shí)際情況一定遠(yuǎn)高于此數(shù), 發(fā)生原因基本上是不可預(yù)測的內(nèi)短路所造成，而這種內(nèi)短路無法完全消除，引起安全事故的電池在制造時(shí)，均是合格品。

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，大電池（組）的散熱遠(yuǎn)較小電池（單只）困難；動(dòng)力電池管理系統(tǒng)更為復(fù)雜，其有效性和可靠性降低；動(dòng)力電池的使用環(huán)境更惡劣（高低溫、震動(dòng)、碰撞）；動(dòng)力電池要求的使用壽命長，在生命周期的中尾期問題更嚴(yán)重。

簡而言之，濫用安全性標(biāo)準(zhǔn)的測試結(jié)果，與發(fā)生或者不發(fā)生安全性事故，之間沒有“科學(xué)”聯(lián)系。

內(nèi)短路引發(fā)自引發(fā)熱失控

短路上的安全性，到目前看來有那么多的因素。從制造過程當(dāng)中的瑕疵，應(yīng)用過程中的瑕疵，設(shè)計(jì)過程中的瑕疵，以及一些不正當(dāng)?shù)膽?yīng)用，原因很多。與均勻發(fā)熱的外短路不同的是，內(nèi)短路是局部點(diǎn)的高溫。

內(nèi)短路如何引發(fā)熱失控？

內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要包括：低溫析鋰、負(fù)極金屬沉積、充電析鋰、數(shù)據(jù)加權(quán)、微短路，以及熱穩(wěn)定。其中最主要的是低溫充電的情況下，是否會(huì)析鋰，即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導(dǎo)致內(nèi)部短路。

正極金屬污染物---化學(xué)內(nèi)部短路：鐵、鉻、鎳、銅、鋅等，即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導(dǎo)致內(nèi)部短路，污染物在電池充電時(shí)在正極被氧化，變成離子進(jìn)入溶液，在電場作用下移動(dòng)到負(fù)極，并在負(fù)極表面得到電子被還原成金屬，不斷地長大，刺穿隔膜，形成短路，表現(xiàn)為嚴(yán)重自放電，或者熱失控。

正極金屬污染物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：在電池內(nèi)部放入不銹鋼粉，結(jié)果不銹鋼粉在正極表面，充放電時(shí)溶解到電解液中，并在負(fù)極表面析出。

導(dǎo)致金屬異物進(jìn)入鋰電子里面的可能性有很多，干燥氣封口發(fā)現(xiàn)的不銹鋼顆粒、空調(diào)風(fēng)管鍍鋅，有水分時(shí)會(huì)導(dǎo)致Zn脫落、門的來回移動(dòng)導(dǎo)致合頁產(chǎn)生金屬粉塵、閉門器會(huì)導(dǎo)致不銹鋼粉、移動(dòng)的開關(guān)會(huì)產(chǎn)生不銹鋼粉塵、柜子的磁吸會(huì)產(chǎn)生金屬粉塵、桌角與角鐵碰撞會(huì)產(chǎn)生金屬粉塵、生產(chǎn)設(shè)備被磨損的金屬等，都可能會(huì)通過空氣傳遞到電池制造中。因此，要把電池做好，生產(chǎn)環(huán)境的質(zhì)量控制需要非常嚴(yán)格。

判斷一個(gè)電池好還是不好，最直觀的方式就是拆開看隔膜，如果沒有任何污點(diǎn)，那么這樣的電池比拆開以后存在很多污點(diǎn)的電池要好很多。

每一款電池充電過程，存在一個(gè)析鋰邊界條件（溫度、電流、電壓），在不同溫度、不同倍率下，充電的電流的邊界條件，高于邊界條件是很危險(xiǎn)的。實(shí)際上，動(dòng)力電池企業(yè)對(duì)于這些問題非常清楚，但在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，很多世界一線品牌的廠家都會(huì)忽略這些問題，造成極大的安全隱患。

除此以外，何向明表示，目前國內(nèi)的電池隔膜有一個(gè)瑕疵，而且是嚴(yán)重的瑕疵。如果在正負(fù)極期間有一塊阻抗非常大的，阻抗大的時(shí)候，鋰電池從正極切向負(fù)極的時(shí)候就會(huì)形成一個(gè)點(diǎn)，多出來的鋰離子會(huì)析出，國產(chǎn)隔膜里面是會(huì)出現(xiàn)這種情況的，如果是由于點(diǎn)的孔不好，或者是孔位堵了，這就是隔膜摩擦造成的隱患。

此外，電池在充放電過程當(dāng)中正極負(fù)極有沉積效應(yīng)，沉積效應(yīng)循環(huán)一定程度之后就會(huì)造成短路，電池就會(huì)爆炸。很多電池的事故，何向明認(rèn)為可能都是這種原因，因此在電池設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要考慮這個(gè)因素。

如何避免/控制電池的熱失控？

確定熱失控過程的一些關(guān)鍵參數(shù)，建立與熱失控的演變過程之間的“科學(xué)” 聯(lián)系。

熱失控演變過程

同時(shí)，何向明還表示，電池能量越高越不安全，這樣的說法沒有科學(xué)依據(jù)。他表示，電池的熱穩(wěn)定性的安全性和生產(chǎn)企業(yè)有關(guān)，和材料無關(guān)。“換句話說，有的企業(yè)的三元材料的電池比有些企業(yè)磷酸鐵里面的電池還要安全很多，我這個(gè)說法是有數(shù)據(jù)的，只不過我跟人家簽了保密協(xié)議，不好公開說。”

熱失控根本原因是電池?zé)崾Э剡^程為“鏈?zhǔn)健狈艧岱磻?yīng)，解決方案即減少放熱，切斷“鏈?zhǔn)健狈艧岱磻?yīng)。應(yīng)對(duì)策略包括：減少內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)放熱量、減少內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)放熱量、提高化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的溫度、降低電池溫度升高的速率、增強(qiáng)電池對(duì)外散熱等。通過這些措施，將鏈?zhǔn)椒矫娴穆窂礁淖儯姵鼐涂梢宰龅帽容^安全