锂电池的热电分离技术！
锂电池的热电分离技术！
随着新能源汽车的快速发展，电池安全性问题日益受到关注。最近，一项名为"热电分离"的技术在电池厂商中得到广泛应用，它通过创新的防爆阀设计，有效提升了电池的安全性能。本文将为您详细解析这项前沿技术的核心原理及其在行业中的应用现状。
什么是热电分离技术
锂电池热失控通常由内部短路或外部干扰（如机械损伤、电滥用、热滥用等）引发，导致隔膜熔融、正负极短接，进而触发剧烈的化学反应。传统观点认为，"热"是威胁电池安全的主要因素，因此各种热管理技术主要集中在冷却系统上，从最初的风冷到后来的液冷，再到全浸没式冷却。
然而，研究发现，在热失控过程中，电芯喷发出来的气-液-固混合物极易带来"二次危害"，如电弧击穿金属板、烧熔金属板、短路、绝缘失效等。常规电芯的防爆阀与极耳位于同一侧，这意味着热失控泄压区与高低压线路处于同一方向，物理空间上无法实现"分离"。这种情况下，高温喷发物容易在泄压通道堆积，导致高压短路，并极易蔓延到相邻电芯或电气单元。
热电分离技术通过改变防爆阀的位置，将热失控区和高低压线路分隔开，从而有效解决了高温和导电引发的电池安全性问题。
热电分离的核心
随着液体动力电池技术发展到相对成熟阶段，当前动力电池产业链围绕降本增效和规模化制造展开激烈竞争。与前两年相比，颠覆性的物质和结构创新带来的技术红利有所减弱。当前背景下，动力电池的技术创新体现在针对细分痛点或终端场景更有针对性的解决方案。在系统层面，热失控保护和结构简化成为动力电池企业关注的重点。
电芯带有防爆阀，可以实现热失控的定向泄放，从而可以针对特定方向进行热失控防护设计。
目前主流的电池保护阀排列方式是：
- 圆柱形18650电池和21700电池防爆阀位于正极端；
- 方形电池（输出极在同一端），防爆阀位于输出极一端，垂直向上；
- 刀片电池等方形电池(输出极分布在两端)，防爆阀位于一端，水平布置；
- 软包电池没有明确的泄爆方向，这是软包电池难以做到热失控的主要原因之一
常规电池的防爆阀与极耳在同一侧，这意味着热失控泄压区域与高低压线方向相同，不可能在物理上“分离”空间。在这种情况下，高温喷发很容易在泄压通道中积聚，导致高压短路，并且很容易波及到邻近的电池或电气单元。
只有改变防爆阀的位置，才能不发生气体和强电的交联。因此，热电分离的核心创新主要在于底部或侧面防爆阀设计。当防爆阀转移到电芯底部时，电池组才能真正实现“热电分离”。
但防爆阀位的转移也会带来很技术困难。一是如何在毫米厚的壳体上稳定生产防爆阀门；二是如何精确控制阀门的开启压力；三是阀门开启后的抗冲击和泄压计算。
另外，防爆阀设计的难点在于壳体。电池盒的壁厚必须不同。防爆阀门焊接时必须满足壳体厚度的规定。如果等壁厚外壳太厚，电池的重量和价格就会太高。壳体上不需要焊接防爆阀的三个侧面必须做得尽可能薄，而需要焊接防爆阀的侧面必须做得较厚。防爆阀门需要焊接的一侧应加厚。不等壁厚的壳体主要采用挤压成型，受成品率影响。
热电分离应用
在特斯拉的4680 CTC方案中，电池防爆阀设计在电池底部，即热电在Z方向分离。
电池集成时，只需引导固定底部放电空间，完成电芯正极端的电气连接即可。
而上汽的“魔方”电池则直接将电芯“放下”，使得喷发口的方向不再是向上，而是横向喷发。此外，CATL NP2.0技术和CALB TPP2.0技术还具有主动隔离高压烟雾、向下泄压的特点。
作为业界首个明确采用“热电分离”设计的电池系统，蜂巢“龙铠电池”的一大亮点就是将防爆阀置于短刀片电池的底部。单个电池的热失控可快速实现定向泄压，喷发可按指定方向通过最优通道快速排出，而不会扩散到周围电池。
据悉，蜂巢在设计第一代短刀电池时，创新了防爆阀的位置设计，将其置于侧面。第二代短刀电池改为底部，设计了2个泄压阀位。由此，龙铠电池将底部泄压阀与两侧极柱完全物理隔离，实现了电芯高温泄压材料与电气连接空间的完全绝缘。同时，龙铠电池可提供上下两侧的冷却方案，使电芯大面积与冷却板接触，热交换能力较普通电池提升70%一般水平。
总之，热电分离是电池安全和保护问题的创新解决方案，并且很可能在不久的将来成为标准设计功能。随着汽车制造商和动力电池公司继续在这一领域竞争，很明显，对安全的关注仍将是重中之重。