新能源汽车自燃问题分析报告（27页）

行业报告下载 2021年12月10日 07:41 管理员

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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