动力锂离子电池的安全性控制策略及其试验验证

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ＡｂｔａｔＷｈｔｅｅｌｈｕｉｎｂｔｒａｎｅｅＥ．ＶａｄＰＨＶｍａｋｔｅｅｄｎｉａｅｙａｄｌｅｓｒｃ：ｅｈｒｈｔｉｍ．ａｔｙｃｎｅｔｒｈＶＨＥｎＥｒｅｓｄｐｎｓｏｓｓｆｔ，ｎＩｉＯｅｌｔｈ
有巨大的破坏性 Ⅲ 。例如，丰田公司决定推迟２００７年
６月计划上市的由锂离子电池驱动的Ｐｉｓ０８ｒ２０混合动ｕ力车。因此，锂离子动力电池的安全性问题解决与否，将最终决定锂离子动力电池能否在市场上生存］。本文就锂离子动力电池的安全性概念、电池体系与安全性、安全性控制的策略等问题进行讨论和分析，在此基础上，通过关键材料的改性，作者研发了高安
摘要：锂离子动力电池的安全性决定了它的市场生存，而控制电池热失控是锂离子电池安全性研究
的最具挑战的课题。该文介绍了动力锂离子电池的现场失效安全性和滥用安全性现状，探究了动力电
池发生热失控的内在演变过程，并从电池的正负极、电解液、隔膜和集流体等方面分析了材料对电池
・事故原因基本上是由不可预测的内短路导致的，而这种内短路似乎是不能完全消除；・引起安全事故的电池在制成时，均是合格品；
・目前滥用安全性标准的测试结果，与发生或者不发生安全性事故之间没有任何联系；
ＨＥＶ需要的电池能量约为１３ｋ～Ｗｈ；ＨＶ需要的电ＰＥ池能量一般为５２Ｗｈ；Ｅ－０ｋＢＶ需要的电池容量一般为
１－５Ｗｈ。５０ｋ
准检测的产品还会发生安全性事故。实践经验表明，锂离子电池发生安全性事故的情
况具有下列特征：・事故不可预测；・事故是随机小概率事件，１１一；０６０・此类事故无法通过测试进行评估，也不能通
试验。结果表明：电池具有较高安全性，验证了安全性控制策略的有效性；安全性电池的自放电和化学稳定性均优于普通电池。关键词：锂离子电池；安全性；热失控过程；控制策略；三元材料动力电池
中图分类号：Ｔ１．Ｍ９２１文献标识码：ＡＤ：１．６￣ｉｎ１７— ４４２１．２０８ＯＩ０３９．ｓ．４８８．２０．０９ｓ６０
收稿日期／ｃｉｅ２１ —４１Ｒｅｅｖｄ：０２０ —１基金项目／ｐｏｔｄｂＳｕｐｒｙ：国家科技部国际合作（００Ａ７７０国家重点基础研究发展 ‘ ｅ２１ＤＦ２６ｌ九七三” 计划（０１Ｂ３９２０１Ｂ１２２）２１Ｃ９５０，２１Ｃ７１０；
ｖｒｅｎｅｓｌｄｓｈｒｅａｄｃｅｃＩｔｂｌｆｈａｅｂｔｒｓａｅｅｔｒｈｎｔｏｅｏａｉｎＩａｔｒｓｅｉｄａｄｔｅｆｉｃａｇｎｈｍｉａｉｙｏｅｓｆａｔｉｒｂｔａｓｆｒｄｔａｔｉ．ｉｆｈ－ａｓｉｔｌｅｅｅｌｈｌｉｏｂｅｅ
ａ５Ｃｆｒ．ｈｓｌｈｗａｅｂｔｒｓａｅｓｆ，ｈｆｃｉｅｅｓｏｅｐｏｏｅａｅｙｃｎｒｌｔｔｇｌ０。ｈＴｅｒｕｔｓｏｌｌｈａｔｉｒａｅｌｅｅｆｔｎｓｆｈｒｐｓｄｓｆｔｏｔｏｓｒｅｙｉ１ｏ４ｅｓｈｆｅｅｅｖｌａｓ
ｓｆｔｆｈｅｔｒｌａｅｒｖｅｄｗｉｅｂｔｒａｅｙｃｎｒｌｔｔｇｒｐｓｄＴｅＬＮｉＣ１Ｍｎ／ａｅａｅｙｏｅｋｙｍａｅｉｓｒｅｉｗｅ，ｔｔａｔｙｓｆｔｏｔｒｅｙｐｏｏｅ．ｈｉ１ｏ／１Ｏ２ｓｄｔａｈｈｅｏｓａ／３３ｂ３
过质量管理来完全消除；
・事故发生很突然；
・目电池的所有安全性措施，均不能完全消除前
锂离子电池的安全隐患；・发生安全事故的锂离子电池，之前均通过相关标准的安全认证；
这将决定电动车的市场命运。２００６年发生了多起笔记
本电脑锂离子电池着火事故的召回，虽然该类事故的概率小于１～０，但对于处在幼稚期的电动车产业来说，具
ｏｒｅｆｒｔｉｉｍｉｎｂｔｔｓｉｖｈｃｌｒｐｌａｉｎ．ｏｕｉｎｌｅｅｏｕｉｎｏｅｉｉｈｒｃｓｆｈｒＩｆａｇｍａｈｕａｔｉｅｉｕａｐｉｔｓｆｃｓｇｏｈｖｌｔｆｈｓｇｔｏｅｓｏｌｅｍａｌｏＩｔｏｅｅｎａｃｏｎｏｆｎｐｒｎｗａ．ｎｌｒｆｈｏｉｖｌｃｒｄ。ｅａｉｌｃｒｄ，ｌｃｒｌｔ，ｅａａｏｎｕｒｎｏｌｃｏ，ｈａｔｎｕａｙＩｍｓｏｅｐｓｔｅｅｅｔｅｎｇｔｅｅｅｔｅｅｅｔｙｅｓｐｒｔｒｄｃｒｅＩｌｔｒｌｅｉｃｓｏｅｌｉｏｖｏｏａｃｅｍｐ
ｂｔｒｔｏｎｌａａｉｆ２Ａｈｗａｅｅｏｅｔｄｆｄｋｙｍａｅｉｌｗｉｎｒｙｄｎｉｆ６ｈｋｎａｔｙｗｉｎｍｉａｃｐｃｙｏｓｄｖｌｐｄｗｉｍｏｉｅｅｔｒｓｔｅｅｇｅｓｔｏ０Ｗ／ｇａｄｅｈｔ１ｈｉａｈｙ１
是最为理想的未来交通工具，如混合动力车（ｙｒｈｂｉｄ
ｅｃｉｖｈｌ，ＨＥ，纯电动汽车（ａｅｙｅｃｒｌｔｃｅｉｅｅｒｃＶ）ｂｔｒｌｔｃｔｅｉ
ｖｈｃｅＥ和燃料电池汽车（ｅｃｌｖｈｃ）ｅｉ，ＢＶ）ｌｆｌｅｅｉｅ。ｕｌｌ
１２５
汽车安全与节能学报
２１０２年第３卷第２期
以混合动力车和电动汽车为代表的清洁能源汽车
项目只是测试电池的滥用安全性，例如穿刺、短路、挤压、跌落、过充电、热冲击等等。这些测试均不能完全反
映动力电池发生安全事故的情况，因此通过安全性标
热失控安全性的影响；提出了控制大型动力电池安全性的一般策略；并通过关键材料的改性，研制了标称容量１ｈ的三元材料（ｉｉ３ｏ３ｎ３２系动力锂离子电池，其比能量为１０Ｗ／ｇ２ＡＬＮｌＣ１Ｍ１０）体／／／６ｈｋ，比功
率达１５ｋ／ｇ．Ｗｋ。进行了电池的０５Ｃ率、２过充电测试和１０ｏ、４ｈ的４２Ｖ满电态热箱２该．倍０Ｖ５ｃ．
锂离子电池的比能量高、寿命长、比功率大和成本低将逐步取代目的镍氢电池，作为电动车的主要前
储能系统。但目前人们普遍关注锂离子电池的安全性，
使得锂离子电池在电动车上的应用受到质疑。车载动力电池的安全性问题是电动车制造商最关注的，因为
（．ｓｉｔｏＮｕｌａ＆ＮｅｎｒｙＴｃｎｌｙＴｉｇｕｎｖｒｉ，ｅｉｇ１０８，ｈｎ；１ＩｔｕｅｆｃｅｒｎｔｗＥｅｇｅｈｏｏ，ｓｎｈａＵｉｓｙＢｉｎ００４Ｃｉａｇｅｔｊ２ＳａｅｙＬｂｒｔｒＡｔｍｏｉｅａｅｎｎｒｙＴｉｈａＵｉｅｓｔＢｉｎ００４Ｃｉａ．ｔｔＫｅａｏａｏｙｏｕｏｔｆｔａｄｅｇ，ｓｇｕｎｖｒｉ，ｅｉｇ１０８，ｈｎ）ｆｖＳｙＥｎｙｊ
ＩＳ６４８８汽车安全与节能学报，０２年，第３卷第２ＳＮ１７ —４４２１期
Ｃ１－９４ＵＮ５０／１ＪＡｕｏｔｅＳｆｔｎｎｒｙ２１．１３Ｎｏ２ｔｍｏｉａｅｙａｄＥｅｇ，０２Ｖｏ．ｖ．
０／２８１１１— １７５５
动力锂离子电池的安全性控制策略及其试验验证
李建军，王莉，高剑，何向明，田光宇，张剑波
（．１清华大学２清华大学．核能与新能源技术研究院，北京１０８００４；
汽车安全与节能国家重点实验室，北京１０８）００４
ｐｗｒｅｓｙｆ．／．ｅｔｗｒｃｒｄｕｆ５ｔ／０ｅｈｒｄｕｙｈｒｄｔｅ４）ｏｂｘｏｅｄｎｉｏ１５ＷｋＴｓｅｅａｉｔｒ．Ｃｒｅ２ｏｒａｅｎｌｃａｅａ（２ｈｔｏｔ２ｋｇｓｒｏ０ａｅｏＶｖｃｇａｆｌｇｓｔ．Ｖ－
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｋｅｒｓｌｈｕｉｎｂｔｒ；ａｅｙｔｅｍａｒｎｗａｒｃｓ；ｏｔｌｔｔｇ；ｉ１ＣＯ／ｌ０２ａｅｏｒａｔｒｙｗｏｄ：ｉｉｍ．ａｔｙｓｆｔ；ｈｒｌｕａｙｐｏｅｓｃｎｒｒｅｙＬＮｉｌＭｎ／ｓｄｐｗｅｔｙｔｏｅｏｓａ，３３３ｂｂｅ
ＩｅｍａｕａｙｃｎｒＩｅｍｏＩｒｉｌｈｌｎｅ．ｈｓｐｐｒｉｕｓｓｌｅｆｌｆｉｒｂｓｅｍａｒｎｗｙｈｒＩｎｗａｏｔｉｌｓｃｉａａｌｇｓＴｉａｅｓｓｅｅｄａｌｅａｕｅｌｒＩｕａａｒｏＳｈｔｃｅｃｄｃｈｉｕｈ
Ｓｆｔｏｔｏｔａｅｙｏｒｅｆｒａ－ｏｔｅｉｓａａｅｙｃｎｒｌｒｔｇｆｌｇｏｍｔＬｉｉｎｂａｔｒｅｎｄｓａｔｓｅｉｉａｉｎｅｔｖｒｆｃｔ０
ＬＪａｊｎ，Ｉｉｎｕ ’ＷＡＮｉＧＡｉｎ，ａｇｎ ’ ＴＡＮＧｕｎｙＺＡＮＧＪｎｏＧＬ’ ＯＪａ ’ＨＥＸｉｎｍｉｇ，Ｉａｇｕ，Ｈ，，ｉｂａ
清华大学自主科研计划（１ＴＺ８１，０１Ｈ０１和２１Ｈ００４２０Ｈ０１２１Ｚ８９０１Ｚ１０）０６Ｔ３Ｔ第一作者，ｉｔｕｈｒ李建军（９２，男（）Ｆｒｔｏ：ｓａ１７一）汉，河北，高工。Ｅｍａｌｌｅ＠ｔｉｇｕ．ｕｃ — ｉｅｊｓｈａｄ．：ｊｎｅｎ通讯作者／ｏｒｓｏｄｎｕｈｒ何向明，研究室主任。Ｅｍａ：ｅｍ＠ｔｎｈａｄ．Ｃｒｐｎｉｇｔｏ：ｅａ — ｉｈｘｌｓｇｕ．ｕｎｉｅｃ