近日，清華大學核能與新能源技術(shù)研究院新型能源與材料化學研究室主任何向明在某行業(yè)論壇上針對動力電池的安全可靠性展開分析。

目前由于動力電池引發(fā)的安全性事故較多，值得關注的是，發(fā)生安全事故的鋰離子電池，之前均通過安全認證，發(fā)生原因基本上是不可預測的內(nèi)短路所造成，而這種內(nèi)短路似乎是不能完全消除；引起安全事故的電池在制造時，均是合格品。那么，問題出在哪里？

安全性與可靠性的概念

動力電池安全性問題主要分為兩個方面：濫用熱失控、自引發(fā)熱失控。其中濫用熱失控是可預測的，可以通過測試進行評估，可以通過保護措施進行改善；而自引發(fā)熱失控是不可預測的，無法通過測試進行評估，也不能通過質(zhì)量管理來完全消除，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。

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何向明表示，動力電池由于內(nèi)部短路，也就是自引發(fā)熱失控導致的事故是可靠性問題，而非產(chǎn)品質(zhì)量問題。產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品的一組固有特性，描述該產(chǎn)品滿足顧客和其他相關方要求的能力。產(chǎn)品固有特性包括性能特性—性能指標、專門性—可靠性、維修性和保障性。產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品性能隨時間的保持能力，換句話說，要長時間地保持性能就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快維修好是產(chǎn)品很重要的質(zhì)量特性。要使產(chǎn)品高可靠、好維修就要在產(chǎn)品開發(fā)中開展可靠性、維修性設計、試驗和管理工作。

鋰離子電池安全可靠性定義

鋰離子電池安全可靠性是指鋰離子電池在正常使用條件下不發(fā)生熱失控的概率。電池發(fā)生安全性事故是電池的一種極端的失效事件。可靠性估算是大型鋰離子電池組設計過程中的一個瓶頸性難題，何向明認為，這很大程度上是因為人們對電池的理解還非常有限，在該技術(shù)研究方面缺少足夠的實驗和理論積累。但是在工程領域，分析電池潛在的失效模式并開發(fā)相應的緩解措施，這種可靠性研究、測試、設計是非常重要也是必需的。

鋰離子電池安全可靠性評估探索

何向明表示，要避免潛在熱失控，首先要預防為主：發(fā)現(xiàn)鋰離子電池潛在的安全失效的原因，找出鋰離子電池安全失效的潛在測試方法，找出能夠避免或減少這些潛在安全失效發(fā)生的措施，設計能夠避免或減少安全失效后損害的措施。

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鋰離子電池安全失效的潛在原因有很多，何向明表示，主要包括局部過熱、負極析鋰、金屬顆粒異物、隔膜瑕疵、設計/制造缺陷、極片變形、微短路等原因。局部過熱超過T1時，電池就可能維持一個自發(fā)的放熱“鏈式”化學反應，最終導致熱失控；析鋰與電解液反應放熱，導致局部過熱，析鋰生長出鋰枝晶，短路，導致局部過熱；即使肉眼都發(fā)現(xiàn)不了的微小的金屬污染物都能導致內(nèi)部短路；隔膜方面，可能由于孔杜塞，導致堵塞孔周邊鋰析出；極片方面，由于極片在充放電過程中，內(nèi)部應力變化，極片形變，或者由于極片在充放電過程中的膨脹收縮，導致內(nèi)短路。

鋰離子電池安全失效的潛在測試評估方法

由于鋰離子電池安全失效的潛在原因可分為內(nèi)短路、熱穩(wěn)定、鋰析出、極片位置異常四大類，因此可對應的通過微短路測試、熱穩(wěn)定測試、鋰析出檢測、CT檢測檢測可以對目前的鋰離子電池的“安全可靠性”進行評估。這樣可以一定程度上找出電池可靠性和失效的原因，進一步提高電池可靠水平。何向明認為，目前日本電池的安全可靠性最好，中國和韓國電池水平相當。