【阳如坤】先进电池制造失效分析与制造安全性_37页_7mb

中国·溧阳第六届全国先进电池失效分析与测试技术研讨会总结

核心内容

本次研讨会围绕先进电池制造失效分析与制造安全性展开，重点探讨了新能源汽车电池安全现状、失效机理、安全性研究成果、原始诱因以及制造过程中的安全管控策略。会议通过大量数据和案例分析，揭示了当前新能源汽车电池安全问题的严峻性，并提出了一系列提高电池安全性的技术路径和解决方案。

主要观点

1. 新能源汽车电池安全现状问题

• 起火率较高：新能源汽车的起火率是燃油车的1.54倍，且主要发生在静止状态，其中一半以上并非在充电工况下。
• 事故高峰时段：5月至8月为新能源汽车起火的高峰期，表明电池在高温环境下的安全性较低。
• 车型与电池类型：纯电动车占比大，电池容量高，安全性相对较低。三元锂电池与磷酸铁锂电池均有热失控风险，但具体表现有所不同。
• 制造缺陷：如毛刺、粉尘、异物等是导致电池安全问题的重要诱因。

2. 先进电池安全性研究成果

• 热失控特征温度：
  • T1：自产热起始温度
  • T2：热失控引发温度
  • T3：热失控最高温度
• 不同材料体系的热失控温度差异：
  • LFP（磷酸铁锂）：T1=101℃，T2=269℃，T3=620℃
  • NCM523：T1=83℃，T2=143℃，T3=509℃
  • NCM811：T1=78.4℃，T2=100℃，T3=370℃
  • NCA：T1=76.2℃，T2=215℃，T3=1018℃
  • 半固态电池：T1=165℃，T2=200℃，T3=290℃
  • 全固态电池（如LAGP+Li、LATP+Li等）：T1较高，T3可达980℃以上。
• 热失控过程：
  • 内部材料变化：如SEI膜分解、正负极与电解液反应、隔膜熔化等。
  • 化学反应产气：高温下产生气体，导致内部压力升高，可能引发爆裂。
  • 热失控气体与压力变化：温度升高加剧化学反应，产生气体，压力超过安全极限后发生热失控。

3. 先进电池失效的原始诱因

• 制造缺陷：包括毛刺、粉尘、波浪边、露箔等。
• 材料缺陷：如SEI膜分解、锂枝晶生长、活性材料结构变化等。
• 电化学过程：如过充/过放、内短路、电解液分解、正负极材料相变等。
• 制造环境因素：如湿度、温度、杂质等。

4. 先进电池制造安全性管控

• 制造工艺改进：如采用激光微加工、无油润滑、表面耐磨材料等技术，减少熔珠、毛刺、粉尘等制造缺陷。
• 检测技术：采用X射线断层扫描、CT/X-Ray在线检测、视觉检测等手段，实现对制造缺陷的实时识别与剔除。
• 安全控制策略：
  • 被动安全：使用热阻断材料、切断热/电传播通路等。
  • 主动安全：通过内置温度、压力、气体传感器进行实时监控。
  • 本征安全：从制造源头控制，避免引入有害材料。

关键信息

制造缺陷与安全关系

• 分条、模切、分割：可能导致熔珠、毛刺、粉尘。
• 加工精度控制：包括合浆均匀性、涂布厚度、贴胶准度等。
• 物料与机器相互作用：如合浆机磨损、轴承缺陷等。
• 环境因素：如粉尘、湿度、温度等。

制造安全解决方案

• 源头控制：通过工艺革新，避免制造过程中产生安全诱因。
• 缺陷清除：实时检测与剔除制造缺陷。
• 电芯筛选：通过检测手段剔除存在缺陷的电芯。
• 监控与维护：利用AI与大数据分析，实现电池制造过程的实时监控与预警。

制造安全目标

• 实现PPB级（十亿分之一）的电池制造安全管控，即从定性走向定量分析。

未来挑战

• 机理诱因认知：需要更深入地理解制造缺陷与电池安全之间的关系。
• 制造工艺方法：开发无熔珠、无毛刺、少粉尘的制造工艺，如3D快速成型、拆解制造等。
• 检测方法：研究微米、纳米级缺陷、异物、杂质的在线透视检测技术。
• 剔除手段：提升在线剔除能力，确保制造缺陷及时清除。
• 系统性定量研究：建立引发T1温度的制造定量模型，实现对热失控的精准预测与控制。

总结

本次研讨会全面分析了新能源汽车电池的安全现状，明确了失效分析的关键因素，并提出了从制造工艺、检测技术、安全控制三个层面实现电池制造安全的路径。未来，电池制造安全将从定性分析逐步转向定量研究，以实现PPB级的安全管控，从而提升电池整体安全性。