煙霧、火災(zāi)甚至爆炸等常見的鋰離子電池事故的根源大都來自于電池熱量的“失控”。如何將電池內(nèi)的熱管理工作做好，為電池中的熱量分子們戴上“緊箍咒”，已成為未來解決動力鋰電池安全的必答題。

“鋰離子電池安全與否，歸根到底取決于電池能否避免熱失控?！蔽錆h大學教授艾新平介紹，在鋰離子電池中，除了我們熟知的正常充放電反應(yīng)外，還存在著潛在的負反應(yīng)。

“溫度越高，電池負反應(yīng)的反應(yīng)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(tài)，也即熱失控狀態(tài)。它是導致電池發(fā)生爆炸和燃燒的主因?！卑缕竭M一步解釋。

“采用不同的正極材料，鋰離子電池的安全性就不同?！卑缕浇忉?，這是由于正極在電池中所占的質(zhì)量比是最大的，常規(guī)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?！?/p>

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(tǒng)層面。”艾新平介紹。

在材料層面，要重點提高材料和界面的熱穩(wěn)定性，降低其產(chǎn)熱量；在單體層面，除優(yōu)化電池熱設(shè)計外，更重要的是發(fā)展熱保護技術(shù)，如PTC電極、熱關(guān)閉隔膜等；在系統(tǒng)層面，則需重點開展隔熱設(shè)計，防止熱擴展。

研究表明，在對電池系統(tǒng)的熱分析中，磷酸鐵鋰的熱穩(wěn)定性從材料上來講是最好的?！半姵氐陌踩允紫热Q于自身材料的安全性?！鄙虾＝煌ù髮W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(tǒng)設(shè)計當中加入特定的保護裝置，比如說冷卻系統(tǒng)、防爆系統(tǒng)等。

在單體層面，除了常規(guī)的熱安全設(shè)計外，更重要的是要建立單體自激發(fā)熱保護?！白寙误w能根據(jù)自身感受的溫度，調(diào)整自己的電流輸出或功率輸出。電池假如可以關(guān)閉反應(yīng)，其產(chǎn)熱也就終止了?！卑缕街赋觯琍TC熱敏電阻材料的一個重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(tài)變成絕緣態(tài)，這將是單體熱保護技術(shù)中的重要路徑之一。

“除材料和單體的影響，系統(tǒng)也是電池安全性熱管理中不可缺失的一環(huán)?！霸谙到y(tǒng)中，對電池狀態(tài)的估計非常重要，要用數(shù)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(yīng)起來?！瘪R紫峰表示。

“提高材料或界面的熱穩(wěn)定性，開發(fā)單體自激發(fā)熱保護技術(shù)，以及系統(tǒng)熱擴展防范技術(shù)，可有效改善電池系統(tǒng)的安全性，未來需加強研究。”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(yīng)由此否定動力鋰電池技術(shù)路線和發(fā)展趨勢，正確面對并積極探索一些新的安全性技術(shù)，以促進電池技術(shù)進步。