电池回收大讲堂第一期：清华何向明“锂离子动力电池一致性和安全性”

电池回收大讲堂的第一期邀请的是清华大学新型能源与材料化学研究室主任，研究员博士生导师，锂离子电池课题组学术带头人何向明老师。何老师演讲的主题为“动力电池的一致性与安全性”，主要介绍了锂离子的电池一致性和安全性及评估。讲座主要分为两大部分，分别介绍锂离子电池的一致性及评估以及安全性及评估。

在演讲的第一大部分中，何向明老师介绍了新能源汽车锂离子电池一致性的重要性、当前评估存在的问题以及技术改进方案。

由于新能源汽车驾驶里程要求越来越长，用电需求越来越高，在这样的情况下，就需要有更多的电池来进行串并联才能满足电动车使用需求,也因此在对电池串并联过程中就产生了对电池一致性的要求。

电池一致性会对电池组产生影响：当电池并联时电压相同，但各单体电池的电流可能差距较大，可能加剧电池组温度场的不均匀，进一步破坏电池组的性能一致性；而当电池串联时电流相同，但各单体电池的电压可能差距较大，需要进行单体电池的限制，否则会发生过充电/过放电，影响电池安全性和寿命。当前的电池一致性筛选方法存在着过程繁杂、测量误差、以及效果局限性等多方面的问题，尚不能很好地满足电池组的需求。

针对现存问题，何老师及团队以充放电曲线为基础，提出了串联筛选的新方法。该方法的好处是不需要考虑电流精度，因为串联时通过每一个电池的电流都是一致的，只需测量其电压，而电压的测量时可以达到很高的精度的，因此就可以更加精确地测试和评估一致性，从而帮助生产企业提高制造水平。

通过使用新的串联电池一致性筛选法，何老师及团队开展了一系列的相关实验，对中、日、韩三国的电池制造水平进行了测试评估。评估结果显示，日本电池品牌的产品标准差最小，品质最好，韩国其次，而我国电池品牌的产品一致性要稍逊于韩国，说明我国的制造水平和日、韩两国相比尚存在差距，仍有改进的空间。

在演讲的第二大部分中，何向明老师介绍了新能源汽车锂离子电池安全性的重要性、当前评估存在的问题以及技术改进方案。

随着新能源汽车的普及，相关的事故也越来越多，电池的安全性事故作为普遍存在的现象，是非常难以预防和杜绝的。对于新能源汽车企业来说，动力电池的安全性是至关重要的，因为消费者不会去买不安全的产品，可以说动力电池的安全性直接影响了新能源汽车的品牌价值。

为了提升电池的安全性，各国的研究机构和专业组织都开展了许多工作并订立了安全标准。如著名的UL实验室有UL的标准，国际电气工程师协会（IEEE））有标准，美国电气工程师协会（MEMA）有标准，美国汽车工程师学会（SAE）有标准，各个国家也有自己的标准。然而即使是在如此繁杂且严苛的标准规定下，通过测试的锂电子电池依然频频发生事故。人们发现，通过安全认证的电池之所以仍会发生安全性事故，是因为现存的安全性检测标准都是滥用性安全标准而非自引发安全性标准。

安全性可以分为两大类：一大类是滥用安全性，也叫滥用热失控（Abuse），指用机械方法（例如挤压针刺等对电池进行作用）、电方法（例如说让电池短路、过充等等）或热方法（比如说将电池加热，用火烧等）等方法检测电池的安全性，这类安全性事故可以通过采取某种安全措施进行改善；另一类是自引发安全性，也叫自引发热失控（Field Failure），这类安全性事故主要是由于制造瑕疵引起或应用不当引起的，目前所有的安全性措施均不能完全消除该种安全隐患。

由于上述两种安全性是完全不同的概念，完全不同的原因。因此用滥用安全性的严格的测试方法，并不能代表自发安全性事故的发生。这就是安全性检测不能完全消除电池安全性的原因，这是锂电池产品不同于其他产品的一个非常特殊的特性。

可以预见，由于自引发安全性的发生时一个概率问题，随着电动车数量的增加，自引发安全性事故的发生也会随之增多。而自引发安全事故的主要原因是电池内部发生的内短路导致的热失控，因此要减少自引发安全性事故，就需要控制可能会导致内短路的影响因素。何老师及团队通过分析评估可能影响电池自引发安全性的因素，选择了6项最常见、最易发生的指标来进行安全性分析。

使用上述6项评估指标，何老师及团队对中、日、韩三国的电池产品安全性开展了评估。评估结果显示，日本电池品牌的安全性最好，我国与韩国电池品牌的安全性相当，说明日本企业的制造水平从设计、管理、设备、制造过程等各方面确实是最好的，我国电池生产工厂的质量控制仍有很大的改善空间。

为了提升电池的自引发安全性，何老师及团队也做了大量工作，目前研究发现通过改进化学材料，控制电池的热化学反应，是可以提高电池做的安全性的，锂离子电池的安全性问题有望在未来逐步被攻克。