實驗表明,電池過充引發的枝晶生長刺破隔膜是引發電池內短路發生自燃的罪魁禍首之一。

電誘因主要由過充電、電池內短路及電池老化造成,這其中涉及電池制造工藝、BMS管理機制和日常用車充電習慣等因素,如果從用車角度出發大家常接觸的場景就是低溫充電和快充。

■過充導致負極析鋰,內阻增大,溫度加速上升

在電池管理系統的監控下,電池通常不會出現過充現象,不過萬一系統失效發生大幅過充的情況,電池就危險了。

與此前我們講過的電池熱失控過程部分一樣,過充將導致電池負極析鋰,內阻增大,甚至在高電壓下電解液發生分解,電池開始破裂,直至發生熱失控。

實驗表明,電池過充引發的枝晶生長刺破隔膜是引發電池內短路發生自燃的罪魁禍首之一。

有組數據可以分享給大家:

當SOC過充到120%以上,電池負極析鋰明顯,內阻增加。

當SOC過充到140%以上,電解液將在高電壓下分解,加速溫度升高,電池開始膨脹。

當SOC過充到160%以上,電池開始破裂最終導致熱失控發生。

■"負極析鋰"是啥意思?

動力電池在充電過程中,鋰離子會從正極脫嵌并嵌入負極中。但一些異常狀況會造成從正極脫嵌的鋰離子無法嵌入負極,鋰離子就只能析出在負極表面,從而形成一層灰色的物質,叫做析鋰。

而負極析鋰正是造成鋰離子電池安全的重要誘因,導致負極析鋰的因素很多,例如正負極冗余度設計不足,電池低溫充電,充電電流過大等因素都可能會導致負極析鋰,不當快充是引起動力電池析鋰的主要原因。

負極析鋰不僅會導致鋰離子電池可以利用的鋰資源變少,還會在負極形成鋰枝晶,鋰枝晶隨著鋰離子電池的循環不斷生長,最終會穿透隔膜,引起正負極短路。

■鋰枝晶長啥樣?

鋰枝晶的生長機理涉及電化學、晶體學、動力學、熱力學等領域,十分復雜,因此至今也沒有一種普適性的枝晶生長理論。鋰枝晶在不同的電池環境、不同的時刻所呈現的形貌有所不同,常見的類型有無分叉、團簇狀及可見明顯分叉結構,明顯分叉結構也是最危險的枝晶結構。

■電池制造過程中的小問題也可能變成最后一根稻草

導致電池內短路主要有兩方面原因,制作過程中的粗制濫造和不良用車習慣的日積月累。涉及制造過程的問題主要有材料金屬雜質、隔膜表面導電粉塵、極片毛刺、電解液分布不均等。

用車不良習慣主要包含低溫充電、頻繁過度使用快充及高溫等環境造成的隔膜疲勞損壞,這個剛才已經提到多次。相對來說,工藝及材料引起的短路容易避免,但用車過程中造成的短路和局部過充無法限制。

需要說明的是,現有針對電池熱失控的檢測和研究往往只針對新電池,而對于電池使用后造成的老化方面的安全規律我們仍知之甚少,這就為電池梯次利用帶來了挑戰。

■如何避免內短路呢?

對車企而言,需要盡量選擇電池材料、制造環境過硬的生產商制造的產品,此外在BMS電池管理系統層面做好充電控制,防止析鋰導致的鋰枝晶形成。對車主而言,要養成良好的充電習慣,降低事故風險。

用車小貼士:

日常車輛充滿電后請及時拔下充電槍,避免低溫充電,并盡可能選擇慢充,養成淺充淺放的習慣。

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