新能源汽车高速发展的同时，整车零部件以及充电技术的创新也逐步走进了人们的视野当中。2018年1月17日上午，2018首届中国新能源汽车产业（成都）高峰论坛精彩演绎的同时，第四届中国新能源汽车行业总工技术峰会零部件专场也一同进行。现场，清华大学锂离子电池实验室主任何向明以“动力电池一致性和安全性评估”为主题发表了演讲。

电池一致性与筛选

何主任说，多数人对一致性的概念并不清晰，认为一模一样的东西就叫一致性，然而这样的认知是不准确的。在过去，电池应用在3C产品的时候，人们对电池一致性的需求并不高，但对于新能源汽车而言，储能需要将大量的锂电池串并联，因此对电池一致性的需求就格外重要。

据介绍，当将三支具有差异的电池并联时，容易在充电后期产生较大的差异，充电前期电流小的电池，后期电流就会突然增加；充电前期电流大的电池，后期电流就会减少。这就是不一致性导致的结果。在电池串联的情况下，各单体电池的电压可能差距较大，需要进行单体电池的电压限制，否则会发生有些电池已经过放过充了，有些还没有达到相对应的状态，从而影响电池安全性和寿命，这也是不一致性所导致的。

为了解决不一致性所带来的问题，何主任及其研发团队做了许多实验，为了得出电池的一致性，实验团队曾尝试将容量、电压、内阻、SOC、温度等参数都压缩到一个极小的值，但最后并没有得到最好的解决办法。实验过程繁杂、存在测量误差、效果具有局限性等问题，都导致了目前筛选电池一致性的方法不能完全满足电池组的需求。

通过大量的实验分析发现，电池容量、电压、内阻、SOC、温度等参数都会体现在充放电曲线上，任何参数不一样的电池其充放电曲线都具有差异。据介绍，实验团队在进行分析的过程中发现，在进行分容时，多数设备的电流精度都达不到1%的误差精度，导致测试数据与真实值之间的差距大于1%，这样筛选而出的一致性的数值是不具备可靠性的。而解决这一问题的方法就是采用串联筛选法。

据了解，实验团队通过利用串联一致性筛选法，分别选取了一款日产电池、两款国产电池、两款韩产电池，共五个厂家各两百只电池进行筛选实验。经过对比发现国产电池重量方面的偏差较大，相对于直径和高度，质量一致性更难控制，因此标准差更大。偏差大则说明国产电池在制成当中各环节的差距较大。

实验团队发现，电池在实验充电末期、放电末期和放完电以后静止30分钟的时间点处，电压容易出现巨大的差值。其中，放电末期电压差值最大，因此用放电末期的电压来进行一致性的筛选，筛选之后，一致性的指标有明显的提升。

对于电池一致性的筛选何主任的总结是：

1、所提出一致性串联筛选方法具有简单、快速、有效的特点；

2、电池的综合性能指标不完全适用于“正态分布”特征，需要进一步研究其特点；

3、日本电池一致性最好，中国和韩国电池一致性水平相当。

安全性及热失控

据了解，近年电动汽车因为动力电池故障引起起火的事情不断发生，这也引起了各界的关注。电池安全性的标准也顺应而生，标准的制定固然减少了安全事故的发生，但仍不能解决安全隐患。通过分析发现，目前制订的标准都是针对滥用安全性，就是事故都是通过人为的破坏电池发生的，但是实际发生事故是自引发安全性，是因为内部瑕疵产生的。换句话讲，就是制定的标准与电池发生事故的原因不符合。

据何主任介绍，对于自引发安全性的随机事故很难进行评估。通过对许多电池事故的电池进行拆解分析后发现引起内部瑕疵的几个原因。一方面，铁、铬、镍、铜、锌等正极金属进入到电池当中形成化学污染，会造成电池内部短路引起故障。另外，充电也会引起电池负极析出金属锂枝晶，每一款电池充电过程，存在一个析锂边界条件（温度、电流、电压），超过了这个条件的范围则会导致电池发生故障。何主任还说，目前用石墨做负极的电池不适用于快充，快充倍率一旦超过1C就会有安全问题。

据介绍，隔膜瑕疵也会导致锂电池中有锂枝晶析出。何主任举例说：“假设在隔膜里面有一个地方被一个粉尘堵住了，就会出现周围沉积现象，引起安全隐患。这也是隔膜难制造，国内电池企业需要采用进口隔膜的原因之一。”

除此以外，电池的包装形式也很重要，极片在充电的过程中会膨胀，因此消除电极极片的体积效应应当是最优先考虑的设计因素之一，不合理的设计会导致极片在充电膨胀收缩过程中将隔膜刺穿，引起电池着火。

安全电池研发进展

何主任介绍，电池发生安全性事故的过程是不间断的链式反应。相当于一个热引发反应，该反应再引发自产热加速和热失控等其他连锁反应，使得电池燃烧爆炸。所以安全电池的研发思路就是减缓或者切断链式反应过程。

通过实验发现，150℃是锂离子电池热失控的关键温度。何主任表示，通过化学手段可以延缓电池的化学反应，提高其化学反应温度从而改变热失控的路径；或者是增加电极正极材料的稳定性，使其不易被氧化，保证电池安全。

最后，对于电池的一致性和安全性，何主任给出了以下几点建议：

1、重视电池一致性，注重一致性筛选过程当中设备的精度；

2、通过测试可以对目前的锂离子电池的“随机安全性”进行评估；

3、通过化学材料的改进，电池安全性可以被逐步改善。