锂离子电池储能安全评价研究进展_李晋.pdf

第 12 卷 第 7 期2023 年 7 月Vol.12 No.7Jul.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology锂离子电池储能安全评价研究进展李晋1,7,10，王青松2，孔得朋3，王晓冬4，俞振华5，乐艳飞6，黄鑫炎8，胡振恺9，吴候福11，方华斌12，曹伟13，张少禹1,7,10，卓萍1,7,10，陈晔1,7,10，李紫婷1,7,10，梅文昕2，张越3，赵丽香4，唐亮5，黄宗侯2，陈篪6，刘彦辉8，储玉喜1,7,10，许晓元1,7,10，张晋1,7,10，李贻恺9，冯蓉11，杨标12，户波13，杨晓滢1,7,10（1应急管理部天津消防研究所，天津 300381；2中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230026；3中国石油大学（华东），山东 青岛 266555；4中国电子技术标准化研究院，北京 100171；5中关村储能产业技术联盟，北京 102629；6苏州UL美华认证有限公司，江苏 苏州 215000；7工业与公共建筑火灾防控技术应急管理部重点实验室，天津 300381；8香港理工大学消防安全工程研究中心，香港 九龙 999077；9南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院，广东 广州 510630；10天津市消防安全技术重点实验室，天津 300381；11广州鹏辉能源科技股份有限公司，广州 广东 511400；12北京卫蓝新能源科技有限公司，北京 102600；13阳光储能技术有限公司，安徽 合肥 230601）摘要：本文针对目前锂离子电池储能安全评价研究进展进行了综述，梳理了锂离子电池储能安全评价相关标准现状，从电池本征安全、储能故障及事故统计、热失控机理及火蔓延机制等方面总结了锂离子电池储能安全评价相关理论的研究进展，分析了从锂离子电池单体到储能系统的安全评价数值模拟技术，系统介绍了电池单体到储能系统的安全测试评价技术以及锂离子电池储能电站安全评价技术的现状。研究结果表明，随着电池技术的不断迭代，储能系统结构的不断升级，储能的安全评价将愈发复杂，现有的评价技术和标准有待进一步提升和完善。未来，需要根据储能电池本质安全、电气与消防安全等技术的发展及时调整与更新安全评价指标，结合仿真、实验手段的进步，明确安全指标阈值，并充分考虑储能系统投运后容量衰减、老化过程伴随的安全性能演变，构建覆盖多体系、多场景、多要素，融合动静态指标的安全性能等级评价体系，发展涵盖“单体-模组-簇-系统-电站”层层分级的储能系统安全性能等级评价技术。同时，制定国际适用的储能系统安全性能等级评价标准，为全球储能安全提供中国方案。关键词：锂离子电池；储能；安全评价技术；储能安全标准doi：10.19799/ki.2095-4239.2023.0252 中图分类号：O 646.21 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2023）07-2282-20储能锂离子电池系统关键技术专刊收稿日期：2023-04-25；修改稿日期：2023-06-05。基金项目：国际锂离子电池储能安全评价关键技术合作研发（2022YFE0207400）。第一作者及通讯联系人：李晋（1966），男，硕士，研究员，主要从事危险化学品火灾、建筑防火、消防标准化和消防安全评估工作，E-mail：；共同第一作者：卓萍，副研究员，主要从事电池安全及标准化研究，E-mail：；王青松，研究员，主要从事锂离子电池火灾安全领域相关研究，E-mail：；孔得朋，教授，主要从事油气及新能源安全相关研究，E-mail：；王晓冬，高级工程师，主要从事锂电池及电子产品标准化研究，E-mail：；唐亮，工程师，主要研究方向为储能安全与标准，E-mail：liang.tangcnesa.org。引用本文：李晋,王青松,孔得朋,等.锂离子电池储能安全评价研究进展J.储能科学与技术,2023,12(7):2282-2301.Citation：LI Jin,WANG Qingsong,KONG Depeng,et al.Research progress on the safety assessment of lithium-ion battery energy storageJ.Energy Storage Science and Technology,2023,12(7):2282-2301.第 7 期李晋等：锂离子电池储能安全评价研究进展Research progress on the safety assessment of lithium-ion battery energy storageLI Jin1,7,10,WANG Qingsong 2,KONG Depeng 3,WANG Xiaodong 4,YU Zhenhua 5,LE Yanfei 6,HUANG Xinyan8,HU Zhenkai 9,WU Houfu11,FANG Huabin 12,Caowei 13,ZHANG Shaoyu1,7,10,ZHUO Ping1,7,10,CHEN Ye1,7,10,LI Ziting1,7,10,MEI Wenxin2,ZHANG Yue3,ZHAO Lixiang 4,TANG Liang5,HUANG Zonghou2,CHEN Chi 6,LIU Yanhu 8,CHU Yuxi 1,7,10,XU Xiaoyuan1,7,10,ZHANG Jin1,7,10,LI Yikai 9,FENG Rong11,YANG Biao12,HU Bo13,YANG Xiaoying1,7,10(1Tianjin Fire Research Institute of Emergency Management Department,Tianjin 300381,China;2State Key Laboratory of Fire Science,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,Anhui,China;3China University of Petroleum(East China),Qingdao 266555,Shandong,China;4China Electronics Standardizations Institute,Beijing 100171,China;5China Energy Storage Alliance,Beijing 102629,China;6UL-CCIC Company Limited,Suzhou 215000,Jiangsu,China;7Key Laboratory of Fire Protection Technology for Industry and Public Building,Ministry of Emergency Management,Tianjin 300381,China;8Research Centre for Fire Safety Engineering,The Hong Kong Polytechnic University,Kowloon 999077,Hong Kong,China;9Power Storage Research Institute,Guangzhou 510630,Guangdong,China;10Tianjin Key Laboratory of Fire Safety Technology,Tianjin 300381,China;11Guangzhou Great Power Energy&Technology Company Limited,Guangzhou 511400,Guangdong,China;12Beijing Weilan New Energy Technology Company Limited,Beijing 102600,China;13Sungrow Energy Storage Technology Company Limited,Hefei 230601,Anhui,China)Abstract:In this study,research progress on safety assessment technologies of lithium-ion battery energy storage is reviewed.The status of standards related to the safety assessment of lithium-ion battery energy storage is elucidated,and research progress on safety assessment theories of lithium-ion battery energy storage is summarized in terms of battery intrinsic safety,energy storage failure and accident statistics,thermal runaway mechanism,and fire spread mechanism.Numerical simulations and safety assessment technologies from lithium-ion battery cells to energy storage systems are analyzed,and the current situation of the safety assessment technology of energy storage power stations is introduced.The results indicate that,with the continuous iteration of battery technology and the continuous upgrading of energy storage system structures,the safety assessment of energy storage becomes more and more complex;thus,existing assessment techniques and standards must be further improved.In the future,safety assessment indexes must be adjusted and updated according to the development of energy storage battery intrinsic safety and electrical and fire safety technologies.By combining the progress of simulation and experimental means,safety index thresholds are clarified,as well as the evolution of safety performance accompanying capacity decay and aging after the energy storage system is put into operation.This study aims to build a safety performance level assessment system covering multiple systems,scenarios,and elements;integrate dynamic and static indicators;and develop a safety performance rating assessment technology for energy storage systems that covers cell-module-unit-system-power plant layers.Finally,we aim to develop an internationally applicable safety performance assessment standard for energy storage systems and provide Chinese solutions for global energy storage safety.Keywords:lithium-ion batteries;energy storage;safety assessment technology;energy storage safety standards22832023 年第 12 卷储能科学与技术随着“双碳”目标推进，大力发展新能源、优化能源结构、实现清洁低碳发展成为全球共识。储能能够促进新能源消纳，提高电力系统灵活性，支撑新型电力系统安全稳定运行，已成为构建新型电力系统的关键技术之一1-6。近年来，尽管面临国际竞争、疫情等不利因素，但是储能产业仍保持高速发展态势。根据中关村储能产业技术联盟(CNESA)全球储能数据库的不完全统计，2022年，国内新增投运新型储能项目装机规模达7.3 GW/15.9 GWh，功率规模首次突破 7 GW，能量规模首次突破15 GWh，与 2021 年同期相比，增长率均超过200%。单个项目规模与以往相比大幅提升，百兆瓦级项目成为常态。然而在储能产业高速发展的同时，储能的安全建设和运行压力也在不断增加。根据CNESA不完全统计，从2011年起全球累计发生储能安全事故70多起。即便在经历十多年发展后，2022年全球储能安全事故仍发生17起(表1)，国外还发生数起户用储能事故。除1起事故项目是铅蓄电池之外，均为锂离子电池。随着储能装机容量快速增加，储能安全隐患也在不断增加，安全已成为制约锂离子电池储能产业进一步发展的瓶颈。储能的生产、运输、安装、调试、投运等任何一个环节都有可能发生安全事故，容不得一点疏忽。不断发生的储能事故也引起了监管部门关注，关于加快推动新型储能发展的指导意见 国家能源局综合司关于加强电化学储能电站安全管理的通知“十四五”国家安全生产规划等文件从不同层面对储能安全提出了相关要求。加快锂离子电池储能安全技术研究，推动建立安全标准及管理体系，加强安全风险防范，已成为当下储能行业的重点发力方向，其中，对储能的安全评价涉及储能项目从设计、验收到运行的全寿命环节，是保障储能安全的重要手段。锂离子电池储能安全评价是一个系统性问题，涵盖单体电芯、模组、簇、系统及整个电站的各个层级，但目前针对锂离子电池储能安全评价的研究相对有限，虽已初步建立起储能系统安全评价指标体系框架，但仍存在要素不全面、应用性较差的问题。随着储能安全研究的不断成熟，建立更加完善、精细化的指标体系，发展多要素动静结合的储能系统安全性能等级评价技术将成为提高储能安全评价水平的必然要求。表120212022年全球储能事故Table 1Global energy storage accidents in 2021 and 2022序号1234567891011121314151617项目名称京港澳高速武汉江夏区附近货车运输中的储能系统韩国蔚山SK工厂储能项目韩国庆尚北道军威郡新谷里太阳能发电厂储能项目中国江西上饶黄金埠某储能项目美国加州蒙特雷县Moss Landing储能项目中国台湾工研院龙井储能项目美国亚利桑那Chandler电池储能项目美国加州Valley Center储能项目法国科西嘉岛某光伏电站储能集装箱美国加州Rio Dell房车公园一铅蓄电池系统事故韩国仁川Hyundai Steel Plant储能项目美国加州特斯拉储能项目韩国板桥数据中心中国海南莺歌海盐场光储项目中国江苏启东市海洪路启东沃厂房内储能电箱韩国全罗南道潭阳郡光伏电站储能项目韩国全罗南道灵岩郡光伏电站储能项目电池类型磷酸铁锂三元三元磷酸铁锂三元三元三元三元铅酸电池三元三元磷酸铁锂三元三元电站状态运输中投运2年投运3年调试投运1年投运2年投运3年投运0.2年投运4年投运0.5年事故时间2022-012022-012022-012022-022022-022022-032022-042022-042022-062022-082022-092022-092022-102022-102022-102022-122022-12注：不包括户用储能事故。信息来源：CNESA全球储能数据库。2284第 7 期李晋等：锂离子电池储能安全评价研究进展1 锂离子电池储能电站安全评价相关标准现状安全评价是保障储能系统稳定运行和可持续发展的重要途径，国内外行业组织和科研机构在这一领域积极开展研究，取得了一定的进展，初步建立了锂离子电池储能系统的安全标准体系。1.1电池安全评价相关标准IEC(国际电工委员会)、中国电子技术标准化研究院、UL等国内外标准化机构均制定了多项评估储能用锂离子电池安全性的标准，旨在提高锂离子电池在储能终端应用上的安全性，促进技术升级。国际标准化领域，负责制定储能用锂离子电池分技术的委员会是IEC/TC21/SC21A(含碱性及其他非酸性电解质二次电池和电池组)，具体由其下设的WG 5(工业设备用锂离子电池)负责制定，目前已经制定了IEC 626197和IEC 630568两项储能用锂蓄电池标准。其中IEC 62619是工业设备用锂蓄电池的基础安全标准，也被称为“保护伞”标准，IEC 63056 是根据电能存储系统的特点制定的对锂蓄电池/电池组系统的特殊要求和附加要求。在运输安全领域，UN(联合国危险货物运输委员会)制定了 UN 38.39，IEC 将该标准转化成了IEC 6228110。国内标准化领域，中国电子技术标准化研究院(电子标准院，赛西/CESI)作为工信部锂离子电池及类似产品标准工作组秘书处承担单位，负责统筹、组织我国储能用锂离子电池标准的制修订工作。目前已经牵头制定了两项电能存储用锂电池强制性国家标准：GB xxxx电能存储系统用锂蓄电池和电池组安全要求(计划号：20214450-Q-339，报批中)和GB 4016511，IEC 62619(2022版)的国内转化工作也在进行中。此外，中关村储能产业技术联盟(CNESA)、中国化学与物理电源行业协会(CIPAS)等社团组织也制定了相关团体标准。国外标准化领域，UL(美国保险商实验室)制定了全球首部电能存储用电池标准UL 197312，该标准在北美普遍使用，其电池安全标准考虑全面而严谨，具有相当的影响力。欧洲、日韩等国家及地区多以直接转换IEC 62619为主，澳洲则是同时引用IEC和UL标准。尽管全球范围内制定了多项储能用锂离子电池表2电池安全评价标准Table 2Safety evaluation standards for battery序号123456标准名称IEC 62619Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes-Safety requirements for secondary lithium cells and batteries,for use in industrial applicationsIEC 63056Secondary cells and batteries containing alkaline or other non-acid electrolytes-Safety requirements for secondary lithium cells and batteries for use in electrical energy storage systemsUN 38.3Recommendations on the Transport of Dangerous GoodsIEC 62281Safety of primary and secondary lithium cells and batteries during transportUL 1973Batteries for Use in Stationary，Vehicle Auxiliary Power and Light Electric Rail(LER)ApplicationsGB/T 362762018电力储能用锂离子电池对象工业用锂离子电池储能系统用锂离子电池含锂电池货物锂离子电池储能电池电力储能用锂离子电池适用范围规定了工业应用(包括固定应用)中使用的锂蓄电池和电池系统的安全运行要求和测试要求规定了最大直流电压为1500 V(标称值)的电力储能系统中使用的锂蓄电池和电池产品安全和测试要求。在IEC 62619基本安全要求基础上，提出对电力储能系统用锂蓄电池和电池系统的附加或特定要求规定了锂电池运输状态条件的一系列测试要求，包括高度模拟、热测试、振动、冲击、55 外短路、撞击试验、过充电试验、强制放电试验等该标准规定了一次和二次(可充电)锂电池和电池组的试验方法和要求，以确保其在运输过程中的安全性规定了对电池的产品结构要求、电气试验、机械试验、环境试验、铭牌标识、用户手册、出厂测试要求等，并在附录中给出了零部件应符合的标准以及高温钠电池、液流电池测试要求规定了电力储能用锂离子电池的规格、技术要求、试验方法和检验规则等内容22852023 年第 12 卷储能科学与技术安全标准，但是现有国内外标准只能满足对储能用锂离子电池安全性评估的基本要求，缺少评估长周期循环后锂电池安全性的试验项目/标准，缺少相应的锂离子电池安全等级评价标准。现有安全评价标准的适用对象都是未投入使用的出厂6个月以内的锂电池新品。众所周知，锂离子电池因其制造工艺引入的缺陷和外部激源因素引发的其他问题会在长周期循环后被放大，增加锂电池的安全风险，最终增加发生安全事故的概率。后续标准制定过程中，在考虑如何更有针对性地评估新品的同时还应考虑长周期循环对锂离子电池安全性的影响，并制定评估长周期循环后锂离子电池安全性的项目或标准。此外，锂离子电池的安全性因其使用的材料体系、隔膜、电解液的不同存在一定的差异。当前，国内外并未制定锂离子电池安全等级评价相关标准，厘清影响锂电池安全差异的因素，制定相应标准也是提高储能用锂离子电池安全性的重要手段。1.2储能系统安全评价相关标准储能系统集成了电池、储能变流器以及各类辅助系统。每个子系统首先要符合其对应的安全标准，例如锂离子电池需满足电池产品的安全标准。此外，当这些子系统集成为一个系统时，还需考虑子系统之间的兼容性以及整个储能系统的环境适用性。储能系统安全标准和法规是保证储能系统(ESS)的安全安装和运营的重要支撑。国际电工委员会(IEC)TC120负责制定国际储能相关标准。欧洲、日本、韩国等国家及地区通常直接等同或修订采用IEC标准。IEC 62933-5-213以 IEC 62933-5-114为基础，提供了电化学储能系统的安全要求，其第一版发布于2020年，第二版正在修订中。该标准涵盖了电表3储能系统安全评价标准Table 3Safety evaluation standards for energy storage systems序号123456789标准名称IEC 62933-5-2Electrical energy storage(EES)systems Part 5-2:Safety requirements for grid-integrated EES systems Electrochemical-based systemsIEC 62933-5-4Electrical energy storage(EES)systems Part 5-4:Safety test methods and procedures for grid integrated EES systems-Lithium ion battery-based systemsNFPA 855Standard for the Installation of Stationary Energy Storage SystemsUL 9540Energy Storage Systems and EquipmentUL 9540ATest Method for Evaluating Thermal Runaway Fire Propagation in Battery Energy Storage SystemsAS/NZS 5139:2019Electrical installations-Safety of battery systems for use with power conversion equipmentGB/T 365582018电力系统电化学储能系统通用技术条件GB/T 400902021储能电站运行维护规程GB/T 422882022电化学储能电站安全规程对象电化学储能系统锂离子电池储能系统固定式储能系统电化学、化学、机械和热能储能系统电池储能系统电池储能系统电力系统电化学储能系统电化学储能电站电化学储能电站适用范围在IEC TS 62933-5-1的基础上进一步明确电化学储能系统(如电池系统)的安全要求，减少由于电化学储能系统子系统之间相互作用而产生危害或损害的风险规定了并网锂离子电池储能系统的安全测试方法和测试程序规定了电池储能系统部署要求，列出了各种储能项目设计和安装注意事项，包括不同场所中的间距、消防装置、通风以及相关的防火等要求涵盖了电化学储能系统、机械储能系统和储热系统的建设要求，并要求电池满足UL 1973标准，逆变器等满足UL 1741标准评估电池热失控特性的测试方法，通过测试热失控下产生的各种气体的浓度以及燃烧速率、爆炸压力等来评估火灾、爆炸的危害规定了与电源转换设备连接的电池系统的安全以及安装要求规定了储能系统的能量转换效率、充放电时间等性能要求以及保护、监控、通信、计量等要求规定了储能电站的正常运行、异常运 行及故障处理、维护等过程的技术要求规定了电化学储能屯站设备设施、运行维护、检修试验、应急处置的安全要求2286第 7 期李晋等：锂离子电池储能安全评价研究进展化学储能系统(包括锂离子电池储能系统)的危险因素、安全风险分析和评估、风险降低措施以及系统安全验证和测试。对于储能系统的安全验证和测试，IEC 6293-5-2允许使用模拟信号来测试或者通过文件审查方式来验证。IEC 62933-5-415则基于锂离子电池储能系统提供了使用实际电信号的测试方法和程序。美国非常重视储能安全，其标准制定也相对领先和完善。美国保险商实验室(UL)是北美最大的安全标准制定机构，于2016年发布了第一版储能系统安全标准UL 954016，并被批准为美国和加拿大双国国家标准。目前UL 9540第三版正在修订中。UL 9540标准从材料、零部件、结构要求、安全失效分析、功能安全、测试评估、标签和说明书方面对储能系统提出了全面要求，是电池储能系统安全保证的基石。UL 9540被美国电工法NEC和国际消防规范IFC等众多规范引用，是储能系统进入北美的强制准入标准。为了评估电池储能系统热失控蔓延的安全风险，保障储能系统消防安全，UL于2017年发布了UL 9540A17，目前第5版正在修订中。该标准从电芯、模块、单位以及安装层级共4个层级对电池储能系统进行测试，获取电芯热失控特性参数和电芯释放气体的燃烧特性参数，以及电池储能系统热失控蔓延时的气体/烟雾/热释放速率、热辐射、起火和爆炸情况等数据。这些数据可以有效地评估电池储能系统的火灾和爆炸风险，减少消防安全顾虑。美国消防协会(NFPA)在2019年正式发布第一版NFPA 85518，目前最新版为2023版。为了控制储能系统火灾风险，该标准明确要求储能系统必须UL 9540列名，并给出了安装间距、存储能量、防火隔离、通风、火灾探测、消防抑制等储能系统安装要求。对于超出安装限制条件的电池储能系统，必须提供UL 9540A测试报告以支持其安装许可。澳大利亚和新西兰于2019年联合制定了AS/NZS 5139:201919，该标准规定了电池储能系统(BESS)的一般安装要求，对BESS的安装位置进行了限制，并对BESS附近的其他设备进行了限制。在中国，全国电力储能标准化技术委员会(SAC TC550)负责电力储能领域国家标准的制修订，其制定的储能安全相关标准主要有 GB/T 365582018电力系统电化学储能系统通用技术条件、GB/T 400902021储能电站运行维护规程和GB/T 422882022电化学储能电站安全规程。为满足北京市储能项目安全建设需求，2021 年 12 月，北京市地方标准 DB11/T 18932021电力储能系统建设运行规范正式发布，明确了储能系统设计、施工、验收、运行维护及退役和应急处置要求。2 锂离子电池储能安全评价相关理论研究2.1锂离子电池本征安全研究锂离子储能电池本身是影响储能安全的首要因素，作为储能系统的核心部件，电池在各种复杂工况下存在潜在的过充、短路、挤压、振动、碰撞等引起的突发性燃烧和爆炸现象，是实际应用中面临的安全难题。因此，要从根本上解决锂离子电池的安全性问题，需要从电池本征安全方面展开研究。本征安全主要是在材料层面提升各电芯材料的热稳定性，在工艺层面从设计和制造的角度保证电芯可靠性。目前，在正极材料方面，主要通过材料选型、本体改性(表面包覆、元素掺杂等)与材料复配，提升材料热稳定性；隔膜材料方面，为了改善隔膜热稳定性，通常在隔膜表面涂上一层耐高温的涂覆材料，以改善隔膜热收缩性能，同时提高隔膜穿刺强度，防止锂枝晶刺穿，提升电池安全性20；电解液材料方面，通过在电解液中引入阻燃、过充保护等安全添加剂来有效改善电池安全21；集流体材料方面，通过改善集流体的力学性能，避免其在加工使用过程中形成毛刺和断裂，以降低电芯安全风险；电芯设计方面，overhang 设计、NP 比设计、配方设计、电极设计、结构设计、安全阀设计、绝缘保护等均会对电芯安全产生影响，综合优化各方面设计因素是实现电芯高稳定性、高安全的关键之一；工艺制造方面，减少内部异物、边缘毛刺等对电池安全有着至关重要的影响，通过制造工艺升级、产线智能化改造、过程监测强化等措施降低电芯缺陷，是降低电池安全隐患的重要举措。此外，固态电池作为下一代电池技术，有望彻底解决锂离子电池本征安全问题22。有机电解液热分解温度与隔膜融化温度在160 以下，而固态电解质热分解温度高(如氧化物固态电解质热分解温度在22872023 年第 12 卷储能科学与技术500 以上)，用固态电解质代替液态电解液和隔膜，可以大大降低电池热失控风险。2.2锂离子电池储能故障及事故数据集储能系统运行过程中的各类故障是诱发电池热失控、导致火灾爆炸事故发生的重要原因。储能系统涉及的故障类型多样，而电池热失控的诱发可能是多种故障耦合作用的结果。为进一步挖掘分析储能系统故障的发生条件、故障部位、表现形式、故障后果等，有必要建立储能事故综合信息平台，通过对储能事故、故障等信息的进一步收集，逐步构建起储能故障数据集。目前储能事故信息平台的建设尚处于起步阶段，国外EPRI(美国电力研究院)上线了事故wiki页面，对全球事故进行简单的汇总和统计。国内还没有公共权威的储能事故信息发布平台，亟需建立专业化的储能事故信息平台以促进事故信息及时准确发布，不断总结事故经验教训。储能事故信息的数据来源涉及产业链各方以及监管部门，需要全产业链共同支持以及多方合作协调。信息平台在建设过程中需要结合市场需求，不断改进优化，保证信息的准确、及时更新。平台的建设不仅有利于信息资源的合作共享，储能安全水平的提升，也有利于政府监管。通过平台一系列科学的、系统的、结构化的分析模型工具，可以对收集到的事故、事故征候、其他不安全事件相关信息进行分析，提出相应的安全建议。图 1 为事故信息平台架构提出了初步设计方案。平台将综合事故、项目、产品、企业、测试以及产品溯源、警情和事故调查等多渠道信息，通过数据集成并提供可视化分析，进一步挖掘分析储能事故/故障的发生条件、部位、表现形式、故障后果等特征规律，确定引发储能电池热失控的储能故障数据集，并为未来储能事故分析、故障识别等提供数据基础。平台不仅可以对产品信息、项目信息、试验数据、事故信息等数据进行集成，亦将在储能系统设计、选型、安全评价甚至事故故障的预测等方面发挥越来越重要的作用，有效提升信息平台价值和公共服务能力，也为日后引入人工智能方法提供必不可少的数据基础。上述均有待于更细致和深入地研究，此外关键数据信息的脱敏、不同信息平台的对接也有待在建设过程中逐步完善。2.3储能用锂离子电池热失控机理及火蔓延机制锂离子电池热失控的本质是滥用条件触发电池图1 储能事故综合信息平台Fig.1Comprehensive information platform for energy storage incidents2288第 7 期李晋等：锂离子电池储能安全评价研究进展内部的链式副反应，放出热量进一步提升电池内部的温度，并成功触发更高温度区间的副反应，形成“热量-温度-反应”闭环回路，该回路在高温度条件下循环直至发生热失控。以储能用锂离子电池为例，其热失控机理可以总结为：在滥用条件下电池温度异常升高，首先触发电池内部负极表面的保护层(SEI膜)的分解，电解液的还原/氧化反应，电池内部温度逐渐升高。在150160，隔膜开始收缩和熔化；然后发生内部短路，内部电解液蒸气压增大，副反应产气导致安全阀打开。随着电池温度的升高，发生链式放热反应，负极的活性锂会与电解液反应并产生巨大的热量，触发磷酸锂正极释放氧气并与电解液发生反应释放热量。电极中剩余的锂与黏合剂在更高的温度下反应，进一步提高电池温度直至发生热失控23。上述链式反应的反应顺序和反应温度区间因电池材料体系和热失控触发方式等因素的变化而呈现一定的差异性，但本质上是上述链式反应相互交替、叠加所导致。在储能电池系统中，单节电池发生热失控释放大量的热量，并通过对流、辐射、传导等形式将热传递到相邻电池，当触发电池周围的邻近电池温度达到热失控触发温度时，即诱发热失控蔓延3。Feng等人24通过对6节25 Ah方形硬壳三元电池模组开展针刺触发下的热失控传播实验，揭示了热失控蔓延机制，即在热失控蔓延过程中，高温热失控电池通过正面壳体接触而向邻近电池侧向剧烈传热，导致被加热电池内部沿厚度方向产生巨大温度梯度，当被加热电池前端面温度达到热失控触发温度时，即发生热失控蔓延。而对于储能用磷酸铁锂电池而言，其热失控蔓延机制类似，Song等人25分析了280 Ah磷酸铁锂电池模组热失控蔓延过程中的热流路径。他们发现通过壳体接触面传递的用于触发热失控蔓延的热量仅占单体电池热失控总产热的5%7%，而超过75%的能量用于电池自产热。此外，也有一些学者通过实验和数值方式分析了储能用电池模组在不同电连接方式26-27，不同触发方式28-29，不同荷电状态6，不同间距30，不同环境压力31、不同电极体系32-33、不同环境氛围34等因素下的热失控蔓延特性。具体可以归纳为：相比于无连接和串联模组，并联模组呈现最高的热失控传播危害性；增大电池间距和降低荷电状态均会有效延缓热失控蔓延行为的发生；过充、针刺、加热触发方式对模组前三节电池热失控蔓延行为产生影响，对后几节电池的影响不大；电池体系对模组热失控传播的影响较大，三元电池相较于磷酸铁锂电池更容易发生热失控，并且在热失控蔓延的过程 图2 储能用锂离子电池热失控机理图23Fig.2 Thermal runaway mechani