映入2019年4月以来，电动车子燃烧事故频频产生。特斯拉在上海、华夏香港、旧金山、比利时等地连接产生机动车自己燃烧事故，而蔚来ES8亦在短短两个月内显露了三次自己燃烧车祸。另外，依据国度市场监督总局的数据显现， 2018年，我们国家至少产生了40起涉及电动车子的火灾车祸。为这，电动车子尤其是能源电池平安难题激发产业高度关心，而能源电池平安本质则是电池热失控。

那末导致能源电池热失控的最重要的原因有哪些？而关于电池热失控概况下？针对此，6月23日，在由青海省国民政府、产业和消息化部、科学技艺部、华夏电动车子百人会主持的“华夏（青海）锂资产与能源电池世界高峰论坛”上，华夏科学院院士、华夏电动车子百人会执行副理事长欧阳明高发展了具体阐述。

华夏科学院院士、华夏电动车子百人会执行副理事长 欧阳明高

据理解，为理解决能源电池平安难题，欧阳明高所在单位清华大学较早构建了电池平安实验室，展开能源电池平安防控探讨。实验室在不停测试进程中，提炼出了电池热失控的三个特征温度，自生热的起始温度T1和热失控的触发温度T2，以及热失控的最高温度T3。并鉴于这点测试周全揭示了三种热失控触发机理：第一个是负极析活性锂，第二种是内短路，第三种正极释活性氧。

鉴于这三种热失控机理，进行了能源电池热失控主动平安防控技艺，包括电池充电析锂与快充操控、电池内短路与电池治理、单体电池热失控与热设置，电池体系热蔓延与热治理。之下是欧阳明高教授关于这四部分的具体讲解。

电池充电析锂与快充操控

近期产生的充电车祸的剖析表达，最重要的是不当迅速充电或过充激发电池析锂，导致热失控温度大幅度下调，从219℃下调到107℃，并与电解液激烈反映，导致电池在107℃产生热失控。

经过实验表征发觉，在快充的时刻能够显著瞧出析锂的发生，并经过对析锂机理发展探讨，发觉了析锂的完整进程，包括电池充电进程负极外表锂析出和从新镶嵌，析出进程便是负极零电位以后造成，在电池停止充电以后，电位会规复到零电位以上，这种时刻会从新镶嵌，接下来全部的可逆锂均十足溶解，负极没再产生反映。

咱们对这种机理构建了仿真模子，在常规电池准二维(P2D)模子根基上加入析锂反映的进程，并在此根基上，发展了仿真和认证。从仿真结果看，可行成功模拟充电析锂后电池静置进程中的电压平台，这种平台是从新镶嵌的进程。对上述电压平台发展微分料理，可行定量获得全个析锂全进程的时间。以这种时间为一种变量，咱们可行构建经历公式计算出析锂量。

在此根基上，咱们发展了没有析锂平安快充探讨。

起首，构建了准二维电化学机理模子，用于预测负极电位，并以此为根基获得最优充电曲线的剖析表明式，继续以充电负极定位为一种基准，加一种冗余量，可行推导出电池最优的充电电流。以此为根基，咱们可行发展最优充电的操控，以鉴于模子的负极电位观测器为根基，可行把负极电位观测出去的电位，跟参考电位发展相比，经过调度充电电流使这种电位差趋于零可行实现没有析锂的快充。

上述模子会随着电池的衰减，造成误差，模拟结果可能未必明确。是以，咱们在此根基上开发新款的参比电极，干脆反馈负极电位，惯例参比电极生命极短，咱们开发了新款的参比电极，生命超越5个月，而且还在接着改良，期望参比电极的运用生命尽可能延伸，真实做到能够作为传感器运用。在无实现装车传感器利用此前，咱们利用于充电算法的标定，可行节省大批时间，由于惯例的充电算法标定每一次都要拆解观测，利用参比电极以后可行不用拆解，高效能改良充电算法。日前国家内部企业的充电算法都过于容易，咱们跟日产发展过交流，其充电算法是鉴于大批数据MAP图发展的，是以咱们必需也要做好MAP图，使充电算法能够考量各式各类的作用要素，这种进程的事业量和实验量是十分大的。为理解决这种难题，利用长生命的参比电极，以此为根基标定出尽量挨近于最优充电电流的充电曲线。

电池内短路和电池治理

内短路是电池热失控的共性步骤，各式各类的原因都可能发生不同类别的内短路，包括机械形状改变、挤压、撕裂，隔膜破裂、过充过放、极其过热。更危险的一个内短路是自激发内短路，如波音787的车祸，是在生产进程中导入的杂质和颗粒，在长久运转以后累积演变产生的。

枝晶生长是可行模拟的，而内短路是较难发展实验再现的景象，须要进行各式各类的替代实验方法。咱们发明了一个新的替代实验方法发展内短路的模拟测试，最重要的是将特制的具备尖刺构造的回想合金内短路触发元件植入电池里面，升温使尖刺构造翘起并刺穿隔膜，模拟内短路进程。经过该实验发觉最重要的的内短路类别包括，铝-铜、正极-铜、铝-负极、正极-负极等四种电路。此中有的是立即产生热失控，如铝和负极的接近；而正极和负极接近通常不会产生热失控；铝和铜接近的危险水平也相比高，可是未必马上激发内短路。

咱们对热失控内短路构建仿真模子，此中很要紧的是内短路位子的熔断，这类熔断可能导致全个内短路终止，也有可能导致更激烈的内短路产生。为这，咱们对作用这类熔断的各式参数发展了剖析。咱们对全个内短路产生演变的进程发展了概括剖析和总结，在此根基上，提议为防止产生热失控，必需要在早期阶段将内短路检验出去。

推荐此中的一个方法，是对串联电池组的内短路检验方法，最重要的鉴于绝对性差异发展诊断。详细来看，可行构建有内短路和无内短路的等效模子，鉴于这种等效模子和平均差异模子发展在线参数预计，有内短路以后电位和等效阻抗产生了浮动，咱们对这两个参数发展了参数辨识，最终可行找出究竟是哪一种单体显露了难题，经过认证试验结果，很显著的能够发觉某一种电池有内短路。但算法不过一种根基，在此根基上，咱们还要联合大批工程实验数据，终归开发出了实用化的检验算法。自然仅仅内短路检验是不够的，须要对过充、过放、SOP等发展概括治理，才有可能实现内短路以及热失控的提早提前警告，这便是新一代的电池治理体系，所以平安为焦点的全角度状况预计和故障检验。

单体电池热失控与热设置

隔膜资料产生了好多浮动，从PE、PP、PE+Ceramic到PET资料，隔膜的耐热温度曾经很高了，可行达到300℃；与此同一时间，正极资料从早期的LFP，到NCM111、NCM523、NCM622，再到此刻的NCM811，正极资料的释氧温度在一步步下降。

随着这两种技艺的浮动，热失控的机理也在产生浮动。早期电池许多源于隔膜崩溃激发大范围内短路激发热失控，但日前运用的耐高温隔膜配811正极能源电池，其热失控的机理曾经产生浮动，正极资料释氧变成了激发热失控的主因。实验结果表达，在无内短路的概况下，把隔膜十足去掉，电解液抽干依旧会产生热失控。当把正负极粉末混合发展测试，会显露激烈的放热峰值。经过进一步的剖析发觉，充电态正极资料在250℃左右最初显露相变，并解放活性氧，发生的氧气与负极产生反映，放热量急剧增添，因而在新电池体制中，正负极氧化还原反映发生大批热量是导致热失控的干脆原因，而不但仅是惯例电池体制中隔膜崩溃导致内短路激发热失控。

鉴于上述机理剖析，对各式电池资料放热副反映相干参数发展测量，再应用热剖析能源学发展剖析和参数优选，最终把全部副反映整合起来就能对全个热失控进程发展预测。因此，鉴于明确的电池热失控预测，可用于指导电池平安性设置。在统算多个电池资料体制的热稳固性参数的根基上，可行提议一系列电池热失控特性的改良方法，包括正极改性、负极改性、提高电解液的稳固性、采纳热稳固性高的隔膜等，要害在于如何发展组合。这边只展现此中一个方法，对正极资料的形貌改良，将惯例三元多晶正极改良为单晶大颗粒构造的三元正极，单晶正极的产氧比多晶正极延后了100℃，热失控最高温度也有所下降。

电池体系的热蔓延与热治理

假如前面全部方法都失效，就要从全个体系的方位来考量难题。例如激烈磕碰或许底盘被锐利物质刺穿，会立即热失控，这是时有产生的，这类热失控只能从体系层次解决。

起首发展热失控蔓延进程测试，显著瞧出电池单体一种继续一种，像放鞭炮一样的热失控。

其次，发展了并联电池模组热蔓延测试，发觉并联模组热失控蔓延的独有特征，即多段V字形电压下调；在实车级电池模组不加抑制的概况下，热失控扩展在电池模组中可表现提速效应，并终归导致全个模组激烈燃爆。

再一次，发展热失控喷阀特性测试，在密闭定容的燃烧弹中，用快速摄影机纪录了热失控喷发全进程，从测试中发觉了喷射流表现了气-液-固三相共存的特征，此中气体喷射速度多达137m/s。

继续，构建电池模组热失控蔓延的集总参数热阻模子以及能源电池体系热失控蔓延三维仿真模子，上述模子最难的是如何确定全个热蔓延进程首尾的热物性参数，假如不行确定这点参数，模拟结果只能是好见不是好用，咱们课题组开发了参数预计的方法，实验和仿真可行发展很没有问题吻合。

在此根基上发展了热蔓延抑制设置，包括隔热设置和散热设置，隔热设置是应用不同隔热资料防止模块热蔓延，散热设置是不同液冷流量对热蔓延发展抑制。在通常的电池体系中，隔热和散热单独就能解决热蔓延的进程，可是在新电池体制中须要把隔热和散热两者联合起来抑制热蔓延，这便是所谓的防火墙技艺。

现在，热蔓延技艺曾经利用到世界准则的制订中，日前全世界还无同一的热蔓延准则，华夏很快会导入热蔓延准则。热蔓延是导致平安车祸的最终一道防线，咱们必需把好这道最终防线，并力争将华夏经历推广到全世界，成为全世界性的法则。

最终做一下总结：热失控包括诱因、产生和蔓延三个进程，诱因最重要的有两个，一是过充、快充、老化电池、低温充电等导致的析锂，二是各式原因导致的内短路。从体系自身平安性和资料体制的方位，发展单体电池热平安设置，在其它方法不可以的概况下发展热失控蔓延的抑制。

展望未来锂离子电池能量密度会接着提升，300Wh/千克的能量密度曾经达到了，空间和能量都提高是不可逆转的趋向。在这类概况下，对平安防控的技艺请求会越来越高，咱们要致力解决锂离子电池的平安性难题，进行出愈加平安的锂电池，确保电动车子车资产的顺利进行。在此根基上，国度新燃料车子要点专项的行家组也造成了下一步锂离子能源电池技艺路线图，这种是在2年前做出的，咱们还可行接着运用它，要造成平安的高比能量电池，从正极资料看，从日前的高镍三元进行到富锂锰基资料，锂离子电池正极资料另有相当大的进行体积。从负极方位看，当前的要点是硅碳负极，下一步一步步提升硅的比重，当硅的比重提升到必定水平时，快充难题也会迎刃而解。日前更要紧的是电解液和隔膜，此中电解液须要增添添加剂，与正极和负极造成界面，用以障碍正极失氧和负极析锂，而固体电解质还须要必定的时间进行。