电池内短路问题亟待合力求解

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11月23日,2016年第4届中国(湖南·宁乡)锂电新能源产业国际高峰论坛在湖南宁乡举办,来自全球矿产资源、正负极材料、隔膜、电解液、设备、检测、电芯制造及PACK、BMS、新能源汽车、充电桩、储能等单位的500余名专家、学者、企业代表参加了此次论坛。论坛同期举行了第六届(2016年)中国电池行业年度人物、年度**奖颁奖活动,分享了2016年锂电池产业链年度竞争力品牌榜单、权威数据与行业报告。

如何提升电池的**性,是此次论坛嘉宾、企业代表关注的焦点问题。近期,电池**事故时有发生。“以电动汽车为例,随着电动汽车市场迅速扩张,未来3~5年内,电动汽车**、可靠性问题将会频繁出现。”北京大学教授、锂电“达沃斯”论坛学术委员会主席其鲁认为,电动汽车的**问题很大程度上与动力电池的能量密度有关,亟需一个比较明确的解决方案。

如何解决?清华大学教授何向明提供了一个路径。他表示,若想提高电池的**性应重视电池的内短路问题。

**性测试方法与实际**解决方法不符,**标准未真正发挥作用

据了解,电池的**性主要包含两个方面:一是滥用**性,这种**性是可以预测的,只要不存在过充、针刺、热冲击、挤压等滥用情况,电池就是**的;二是自然发热失控,即在正常使用、没有施加任何滥用因素的情况下,电池自然发热而导致**事故发生。“解决自然发热导致的**事故是*棘手的。”何向明说。

电池为什么会自然发热?“这和材料的导电性有关系。”其鲁以磷酸氧铁锂电池为例介绍,为了增加导电性,其在导电材料中加入了多种物质,在0.3C时,电池的发热量没有区别,但到10C时,电池发热量的变化就非常明显。若不能迅速把这些热量转移,电池温度积累到一定程度,内部就会发生膨胀,达到膨胀极限时,电池爆裂,内部电解液在超过60~70摄氏度温度时暴露在空气中,就会发生自燃。

为何通过了**认证的“好电池”也会发生**事故?“我们研究发现,严格的**性测试方法,与当前电池**性的解决思路之间缺乏紧密联系,**标准没有真正发挥作用,造成了通过**认证的‘好电池’依然发生**事故。”何向明表示,已有研究发现,目前电池着火的主要原因是内短路。

产生内短路的原因非常复杂,化学、物理、机械、制造、使用不当等都会造成内短路。“关于内短路的研究有难点,也有进展。希望更多的企业、专家关注并深入这一领域进行研究。”他表示。

金属异物混入正极是诱发内短路的主因,需全方位、全过程控制诱导因素

“内短路*主要是由正极材料中混入金属异物引起的。”何向明认为,正极材料的一些金属异物被氧化并传播到负极,穿透隔膜就会导致内短路发生。电池厂的干燥剂、粉尘、厂房门把手等都含有金属,在生产制造过程中,使用卷绕机、螺栓、搅拌机等生产设备也会产生金属异物,同时电池材料中也容易掺杂金属异物。

一般来说,正极材料厂商对材料中的粉尘、金属含量控制得非常严格。“但在大家普遍不太重视的PVDF、辅助材料中也会存在金属异物。”何向明说,在导电系统里,很多厂家材料的金属含量非常高。电池生产时要除铁,但锌、铜是无法**的,铁也不能100%被**掉。

何向明告诉记者,很多电池经过一两百次充电之后,着火概率会提高。“在充放电过程中,电池极片会收缩膨胀,如果产品设计时没有考虑到这个问题,电池在循环使用一段时间之后,其极片收缩膨胀就会产生皱褶,从而导致发生内短路。”他解释说。

值得注意的是,在低温充电或快速充电时,任何电池都有锂析出现象,这也会导致**事故。“研究表明,在中原地区,冬天低温天气充电时,锂析出的可能性比较大,需要特别注意。目前,一般快充超过1C时,负极表面锂析出的概率就很大。”何向明表示,产生内短路的原因非常多,需要制造厂家从原材料、制造过程等全方位、全过程严格控制发生内短路的因素,才能进一步提高电池**性。

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