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2025-04-16 43 汽车行业报告
材料热稳定性是热失控防护的基础,铁锂材料的热稳定性明显优于三元材料。 比亚迪展示的针刺实验在公众眼中成为了安全标准。如刀片电池采用热稳定性高 的磷酸铁锂材料,根据磷酸铁锂材料的热重-质谱分析曲线,可以看出磷酸铁锂在 温度 400℃以上出现显著的放热峰,表现出良好的热稳定性。对比之下,经典比 例三元材料的热重曲线中,NCM811 的放热峰出现在 230℃左右,NCM111 的放 热峰出现在 306℃左右,三元材料的热稳定性明显劣于铁锂材料。电芯追求高能量密度,内部设计越来越极限,电芯层级无空间增加防护措施。 为了满足整车的续航要求,电芯的尺寸越来越大,同时电芯的体积能量密度越来 越高,内部填充的活性物质也越来越多,内部设计越来越极限,在电芯内部增加 防护措施对能量密度影响太大。实际上电芯层级的安全等级在降低,老国标 GB/T31485-2015 中过充标准是 150%SOC,而在新国标 GB/T 38031-2020 中, 过充标准降低至 115%SOC。宁德时代等众多企业也取消了电芯 SSD(一种断开 电芯内部回路的装置)设计,使得电芯内部有更多空间容纳活性材料。
模组内和电池系统内部有较多空间做热失控防护设计,阻止电芯间的热扩散 是关键。由于模组的载电量越来越大,电池包结构无法承受一个模组完全热失控 时的能量,所以在电芯间阻止热扩散是主要解决方案,同时要求电池包结构能够 承担少量几颗电芯热失控带来的冲击及热量。在热失控过程中,热传递是最主要的热量传导方式。热传递速率与接触面积、 导热系数、温度梯度成正相关关系。 阻止周边电芯温度达到自发性产热临界温度 K 是关键。根据电芯热失控时的 时间-温度曲线示意图,当 t1 时刻对电芯进行加热或者针刺,触发该电芯热失控。 在发生热失控后,周边电芯会受到热失控电芯的加热以及电池自身或整车热管理 系统的散热;t1~t2时刻由于热失控电芯的剧烈放热,导致周边电芯加热>散热,温 度逐渐升高,若温度升高至自产热温度 K,则会由于电芯发生不可逆的自发性产 热导致电芯热失控,从而引发连锁反应造成其他电芯热失控,整个传递过程称之 为热扩散。若电芯的隔热效果较好,周边电芯的温度上升缓慢,在热平衡时刻 t2 达到最高温度 K1,此时 K1低于电芯的自产热温度 K,则电芯在 t2时刻后,温度会 逐渐降低至室温,不会引发其他电芯热失控,避免整车自燃风险。
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