電動汽車除了與傳統汽車一樣的安全性要求外,還有自己特殊的要求。最主要的是電池組的燃燒爆炸及高電壓安全性。經過多年的研究,相關的安全問題已經有了很好的控制辦法,尤其是磷酸鐵鋰電池具有很好的熱穩定性,廣泛被用來做電動汽車的動力電池。但是,為什么在電動汽車試驗與示范過程中,仍然發生電動汽車電池燃燒的事件?究其原因,還是在電池單體與電池組技術上的粗糙。
我的好朋友一武漢大學教授艾新平,在他答疑我的文章里說:“電池發生燃燒爆炸都是由于電池內部瞬間溫度升高過快或內壓過高而引起。鋰離子電池是一個密閉的反應體系,在其內部存在系列電化學和化學反應。除了用于儲存和釋放電能的正常電極反應外,還存在許多潛在的副反應,如電解質溶液的還原和氧化分解、正極的熱分解等。當電池處于正常溫度范圍和正常電壓范圍時,這些副反應不會發生,電池內部僅發生正常的充電和放電反應,此時電池安全。但當電池溫度過高,或者充電電壓過高時,這些副反應被觸發,產生大量的熱,并釋放出有機小分子氣體。由于反應劇烈,產生的熱量不能有效傳遞到電池體外,引起電池內部溫度和壓力的急劇上升。而溫度的上升又會極大地加速副反應的進行速度,產生更大量的熱和氣體產物,此時電池進入無法控制的自加溫狀態,即俗稱的熱失控狀態,電池有可能發生燃燒,甚至爆炸。”
這段有關電池燃燒或爆炸的機理的敘述很經典,對我們很有幫助。
艾新平還告訴我,大量試驗結果已證實,熱失控的主要原因是電池內部短路。盡管出廠電池全部都通過了電壓檢測工序,但由于這種內部短路往往是在用戶使用過程中形成的,因此難以發現和避免。
P+tA0QUhZi5nAZ+PL3iKXw== 為了預防內部短路,首先必須在電池的設計與生產過程有嚴格的預防與控制措施。例如由于生產過程殘留在隔膜表面的導電粉塵就是導致電池發生內部短路的暗藏殺手,這就是為什么電池生產車間環境要求非常嚴格的原因。
此外,電池的正確使用十分重要,例如電池在低溫充電,或大電流充電時非常容易導致負極表面金屬鋰的析出,它們會刺穿隔膜造成電池內部短路。游離的鋰本身遇到含氧物質也會燃燒。因此在低溫環境下讓電池工作(充放電),必須給電池仔細預熱。電池工作時必須保持適宜溫度(有資料認為20~45℃),過高的溫度使電池不能很好散熱,導致電池溫度持續上升以致失控。因此電池組要有非常仔細的熱學設計,以保證電池良好與均勻的溫度。這點比起內燃機要更加嚴格。
小結一下:
1 精細設計、精細制造的磷酸鐵鋰電池加上正確的使用方法,可以放心地應用在電動汽車上:
2 從材料到單體,到系統,到使用的全過程中,任何環節的不認真、不嚴格、不到位都有可能導致電池安全問題的發生:
3 生產企業在還沒有完全吃透電池設計制造技術的情況下,要穩妥推進,將試驗做得更加充分,對投入小規模試用的產品要嚴格監控,總之,對安全問題要下足功夫,電動汽車的推廣才能成