先进电池制造失效分析与制造安全性

先进电池安全现状问题

• 新能源汽车起火率高于燃油车，尤其乘用车问题突出，静止状态下起火占比超过一半。
• 2022年新能源汽车自燃事件达47起，比亚迪占比最高（18起），5-8月为起火高峰。
• 电池安全目标：电芯制造实现PPB级失效管控，远高于常用电器产品安全标准（1.0/PPM）。

先进电池安全性研究成果

• 失效归因机制：机械滥用（挤压、刺破等）、电滥用（过冲、短路等）、热滥用（过热、短路发热等）。
• 失效过程：电解液分解引发剧烈化学反应，导致热失控，伴随气体产生和内部压力升高。
• 特征温度：T1（自产热起始）、T2（热失控引发）、T3（热失控最高温度）。

电池制造安全性原始诱因

• 失效分析总结：物理所李泓团队提出原始内因（材料缺陷、制造缺陷）和原始外因（温度超限、机械滥用等）。
• 温度与电池性能：温度升高导致内阻减小，但加速副反应，影响寿命。
• 内部温度差：圆柱电池（如18650、4680）内外温差大，易引发热失控。

先进电池制造安全性管控

• 失效诱因分解：欧阳明高院士团队系统分析T1温度诱导机制，涉及材料缺陷、制造环境等。
• 制造安全管控原则：分条、模切、加工精度、物料与机器交互、环境控制等。
• 先进制造技术：激光微加工（无熔珠、少粉尘）、少油润滑机械传动、3D快速成型等。
• 在线检测方法：X射线断层扫描、中子活化在线透视等技术实现缺陷在线识别。
• 制造安全策略：被动安全（抑制不安全扩展）、主动安全（革新制造工艺）、本征安全（PPB级控制）。
• 未来挑战：PPB级制造安全实现需突破检测方法、制造工艺和剔除手段。

研究结论

• 电池安全机理和T1温度诱导机制已基本明确，但需定量研究制造与T1的关系。
• PPB级制造安全需结合被动、主动、本征安全策略，并深化在线检测和管控度量研究。