EV電池產業趨勢 安全篇

鋰電池產業 安全趨勢

鋰電池的熱失控原因

Nitto的薄型斷熱材比氣凝膠或雲母片更輕更薄, 還能幫客戶降低成本

   鋰電池的高容量高出力特性幫助EV市場在近幾年穩定成長, 但是因為電解質含有可燃性物質有可能因為外部衝擊或內部因素造成起火並爆炸, 要如何在安全的前提下讓鋰電池有更高的能量密度,充電時間更短, 價格更親民, 並讓EV充一次電可以跑更長距離也更普及, 並與停產停售汽油柴油等石化燃料車的各國政策接軌 已經是EV電池產業鏈各廠商的努力重點。關於鋰電池的安全性測試, 聯合國歐洲經濟委員會所訂定的UNECE-R100-02對車用鋰電池的 振動、熱衝擊、加速度衝擊, 加壓壓壞、外部短路、過充電、過放電、過升溫, 耐火燒等9項測試規範成為產業的重要標準。

    鋰電池發生熱 失控 的原因有很多 , 可以歸納為電池因外力造成破裂與電池內部因素而造成電池損壞 , 例如充放電過程中，負極上可能會產生樹枝狀鋰結晶並刺破隔離膜而造成鋰電池內部短路 , 或是電池充放電過程中熱量累積導致過熱並燃燒。

   為了提高電池容量，可以透過提高 正極材料的 鎳 比例 或是在負極材料中添加 矽 來達成, 由於使用高 鎳 正極材料，電池芯之間必須使用高斷熱特性材料來防止熱失控。在負極材料中添加 矽 會使電池更容易膨脹，增加電池芯之間材料的壓力, 所以斷熱材必須要有足 夠 的硬度以承受因膨脹造成的壓力。 因此電池的容量越高，使用的電流越大， 產 生的熱量就越多熱失控的風險也就會增加 。

  另外鋰電池過度充放電也可能造成電池內化學反應並產生可燃性氣體造成爆炸 , 或是因為電池芯是多層捲繞，內部溫度有可能過高造成氣體膨脹 , 因為擠壓而造成斷路進而阻止電池繼續放電。　

  但是當 提高電池容量 有時可能 會造成非常激烈的 熱失控, 而且無法在短時間就可以滅火, 在一些國家已經有造成死亡的例子, 引起各方面廣泛的注意並加強電池安全方面的努力, 有一些EV廠商改用比較安全的LFP電池或是開發固態電池, 即使如此, 因為電池的高容量化, 很遺憾已經有LFP電池因為熱 失控並 起火的案例發生, 要保護人身安全, 解決熱 失控問題刻不容緩。

     在斷熱材料方面, 目前EV產業使用氣凝膠或雲母片為主要的鋰電池斷熱材料。

  Nitto 運用奈米材料技術開發的輕 薄型較低成本斷熱 材 具有耐高壓和耐高溫特性並且比 氣凝膠或雲母片更輕更薄更便宜 ，即使很薄也具有很高的 斷熱 性能 , 在相同的斷熱係數條件下比 氣凝膠少 58% 厚度少 44% 重量 , 比雲母片少 76% 厚度少 95% 重 量, 而且還能幫客戶降低成本, 例如在熱阻0.02m2・K/W, 250℃的高斷熱性能情況下可以比氣凝膠的價格便宜, 目前已經開始對客戶送樣, 參考規格如下。