熱失控防護技術的案例
如何看待熱失控防護措施的迭代？
天一和千葉寫過一篇研究報告《新能源車前瞻技術研究之一：新能源車自燃問題分析》，我想就里面一些內容也做一些精簡。
▲圖1.沃爾沃設計的電池系統
Part 1 熱失控防護技術迭代
中國是最強調熱失控防護技術的國家，核心還是中國的企業特別多，應用領域也很分散，所以這個領域其實國內是走在世界前列的（燒的多了，自然也就成為一個顯性問題需要大家來克服）。
我的理解：
第一代熱失控防護方案：
對圓柱來說最簡單，特斯拉的設計結構是最為典型的，方形的難度更大已突破，軟包的實現難度難度最高。三種電池技術，都是圍繞加強隔熱，加快散熱為主要技術手段。通過單體釋放能量、單位散熱能力、周邊電芯隔熱能力等多維度定量分析。
?圓柱電池
這種設計的原則是通過一定的空間進行隔離，然后通過填充隔熱材料來充分把電芯熱失控條件下的熱量隔開。在熱失控傳播條件下，這種材料阻隔單個5Ah以上電芯散發出來的能量。
▲圖2.典型的21700圓柱熱隔絕的示意圖
在4680的時代，整個設計邏輯也是相似的，只不過按照調研的情況，電芯的開閥方向和我們之前理解的不一樣，是往下噴射，并且采用了隔熱材料防止用戶感知到會恐慌。CTC時代腳底下就是一層電池，所以需要隔熱材料進行防護。
▲圖3.電芯之間的空隙成了核心關鍵了
?方殼設計
其實每家的設計都是趨同的，分為電芯層面的隔絕、電連接的隔絕。
▲圖4.方殼模組熱設計示意圖
這一波使得做材料的廠家特別開心，如下圖所示，以3M為例，圍繞這套熱隔絕技術形成了一系列的譜系，你按著材料標號選就可以了。
展開 鋰電儲能系統熱失控防控技術研究進展
深入理解鋰電池熱失控特性及演化過程才能獲得可靠和先進的監測預警、抑制、滅火、抑爆技術。（2）在儲能電站監測預警方面，電信號、溫度信號和氣體信號作為單一的監測信號預警效果較差。未來需要構建以電信號為基礎，溫度和氣體信號為核心，煙霧和火焰信號為輔助的電-熱-氣-煙-光多參數耦合的熱失控全過程監測預警技術，并根據預警結果，提供相應的事故處置措施，如熱失控早期熱管理，熱失控發生期斷電冷卻、抑制，火災初期進行滅火。（3）在熱失控抑制、滅火和抑爆技術方面。熱失控發生期，利用阻隔技術將熱失控模組數量限制在一定范圍內，之后對其進行冷卻降溫，可有效防止火災事故的發生，實現儲能電站熱失控的安全應對。在火災初期，要針對鋰電池火災特點利用既能熄滅氣體火災，又能高效降溫的滅火介質或滅火技術抑制儲能電站火災。同時，儲能電站鋰電池熱失控后容易出現氣體擴散、運移在受限空間積聚后延遲點火發生爆炸的特征現象，可據此開發有效的通風稀釋、惰化和抑爆技術。
（本文來源：微信公眾號“儲能科學與技術”ID:esst2012 作者：喻航 張英 徐超航 余思瀚 單位：武漢理工大學安全科學與應急管理學院）
展開 基于lab-on-fiber技術原位監測鋰離子電池熱失控
來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內能源危機的出現，并在“雙碳”目標驅動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發展，然而電池熱失控被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規模化發展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生。導致電池熱失控的根源，是電池內部一系列復雜且相互關聯的“鏈式副反應”。最具代表性的鏈式反應包括：外部電、熱、機械濫用→內部產熱→SEI膜分解→負極與電解液反應、產氣→隔膜熔化→內部短路→安全閥開啟→正極與電解液反應、產氣→電解液分解、產氣→電解液、氣體燃燒→起火爆炸！從局部短路到大面積短路，電池內部溫度快速提升，可高達800℃以上，引發電池起火爆炸。由此可見，“溯源電池熱失控發生的內在誘因，厘清各分步反應之間的耦聯關系，揭示熱失控主導機制與動力學規律，前移熱失控預警時間窗口”是從根本上解決儲能安全問題的核心。然而，由于電池的密閉結構和內部復雜的反應機制，電池內部核心狀態參量檢測的準確性和實時性無法保證。最新報道的具有“透視”檢測能力的科學儀器（如中子衍射、X射線衍射、冷凍電鏡等），由于儀器體積龐大、價格昂貴，無法應用于電池使用終端。如何科學、及時、準確地預判電池安全隱患，成為當前電池安全領域的國際性科學難題。
02
成果掠影
近期，中國科學技術大學孫金華教授和王青松研究員團隊與暨南大學郭團教授團隊提出了一種可植入電池內部的多模態集成光纖原位監測技術，在國際上率先實現了對商業化鋰電池熱失控全過程的精準分析與提早預警。
展開 為什么說，無熱擴散技術是動力電池安全的基石？
▲圖2.中國領先于全球率先
在電池熱失控擴展實驗中積累了很多
隨著2021年的推進，中國電池企業的動力電池和車企，開始在電池安全技術方面不斷發布技術，主要包括：
▲圖3.不完全統計時間線的熱不擴散電池
●電池企業
寧德時代、弗迪電池、欣旺達、蜂巢能源
●汽車企業
比亞迪、江淮汽車、廣汽乘用車、東風嵐圖、長城汽車、吉利極氪
時間軸主機廠&動力電池廠商技術概覽
◎2020年01月
比亞迪的刀片電池
◎2020年03月
江淮的蜂窩電池
◎2020年09月
寧德時代推出NCM811 NP電池
◎2020年12月
蜂巢能源發布的果凍電池
◎2020年12月
欣旺達推出不起火電池
◎2021年03月
廣汽推出彈匣電池
◎2021年03月
東風嵐圖推出琥珀電池
◎2021年06月
長城推出大禹電池
◎2021年07月
極氪推出極芯電池
這一系列的電池系統的發布，都是在電池熱失控擴展實驗5分鐘的基礎上，達到電池熱失控不擴展的效果。但如2022年“兩會”期間，人大代表、長城汽車總裁王鳳英“推動動力電池熱失控防護技術應用”的提案所言，以動力電池熱失控防護為方向，多家車企推出相關安全技術，但由于業內認識不足，新技術推廣應用遠不及預期。
因此，在標準制定層面，工信部也發布了2022年汽車標準化工作要點，明確提出要啟動動力電池安全標準修訂，提升熱失控預警和安全防護水平。所以從這個意義上來看，在未來的標準修訂中，可能會從強制性標準角度提高熱擴散要求，大幅提高安全門檻。
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