．鋰離子動力電池的安全問題研究

Lithium-ion battery risks

10G一出誰與爭鋒

來源：盖世汽车网

自今年夏季以來，對岸其國內電動汽車起火事故頻發，僅8、9月兩月發生的電動汽車起火事故數量，就已超過2017年全年電動汽車起火事故總和，在電動汽車迅速成長的大環境下，電動汽車安全事故發生的背後，暴露的是當前電池企業和主機廠，都在追求更高的能量密度，以獲得更多的補貼，卻忽視了動力電池最根本的安全屬性的問題，而近期頻繁的事故出現，理應為追求高速發展的電動汽車行業敲響警鐘。

1－8月中國事故的相關統計

據公開資料顯示，2018年上半年（1－6月）新能源電池車，對岸國內共發生8次起火事故，與2017年基本持平，其中5月之後的事故佔7起，說明新能源汽車起火主要集中在夏季。從成型及品牌來看，特斯拉、江鈴等全球純電動汽車，均榜上有名。

然而，據最新資料顯示，進入8月和9月以來，公開起火事件已經多達12起，這一數字遠高於2016、2017年一整年的公開起火數量。由於電動汽車起火的原因主要是電池過熱，熱量無法及時散出，而造成的電池高溫起火，因而在高溫、暴雨等天氣頻繁地的夏季多發也在情理之中。

以上半年的事故數據為基礎，從起火原因來看，因充電導致的起火事故共5起，佔比50％之多，成為起火事故的第一誘因；其次是碰撞起火和行駛中自燃各兩起，各佔20％。從車輛狀態來看，靜置和充電為一類，電池在靜置和使用中都有可能發生起火事故。

鋰離子電池起火的原因分析

作為純電動汽車的能量來源，鋰離子電池起火的主要原因，主要是電池過熱而造成的熱失控，這種過熱在電池充放電過程中，最容易發生。

由於鋰離子電池自身具有一定的內阻，在輸出電能為純電動提供動力的同時，會產生一定的熱量，使得自身溫度變高，當自身溫度，超出其正常工作溫度範圍間時，將會損害整個電池的壽命和安全。

純電動汽車中，動力電池系統是由多個，動力電池單體電芯構成，在工作過程中產生大量的熱，聚集在狹小的電池箱體內，如果熱量不能夠即時地快速散出，高溫會影響動力電池壽命，甚至出現熱失控，從而引發起火爆炸等事故。從原理上說熱失控的原因主要有以下四個方面：

（1）機械濫用

主要發生在汽車碰撞時，由於外力的作用，鋰電池單體、電池組發生變形，自身不同部位發生相對位移，導致電池隔膜被撕裂併發生內部短路；易燃電解質洩漏最終引發起火。

在機械濫用中，穿刺傷害最為嚴重，它可能會導體插入電池本體，造成正負極直接短路。相比之下，碰撞、擠壓等，只是概率性的發生內短路，穿刺過程熱量的生成更加劇烈，引發熱失控的概率更高。

（2）電濫用

電濫用主要是對電池的使用不當造成的，有外部短路、過度充電和過度放電幾種類型。其中，過渡放電導致的危害最小，但是由於過放造成的銅枝晶的增長，會降低電池的安全性，從而增加熱失控的幾率。

外部短路是在兩個存在壓差的導體，在電芯外部接通導致的結果，當外部短路發生時，電池產生的熱量，無法很好的散去時，電池溫度也會隨之上升，高溫觸發熱失控。

過度充電是電濫用中，危害最高的一種。由於過量的鋰嵌入，鋰枝晶在陽極表面生長。其次，鋰的過度脫嵌導致陰極結構，因發熱和氧釋放而崩潰（NCA陰極的氧釋放）。氧氣的釋放加速了電解質的分解，產生大量氣體。

由於內部壓力的增加，排氣閥打開，電池開始排氣。電芯中的活性物質與空氣接觸以後，發生劇烈反應，放出大量的熱，從而引發電池包的燃燒起火。

（3）熱濫用

熱濫用主要指在電池中的局部過熱，很少獨立存在，往往是透過機械濫用，和電氣濫用發展而來，並且是最終直接觸發熱失控等事故的一種情況。

熱濫用一般多為外部環境高，或者在溫度控制系統不起作用下，導致的電池熱量過高從而造成的短路，從而引發熱失控。

從原因上說，熱濫用的原因是最為複雜的，電池包的碰撞、損壞，電池內部的結構、性能或是其他熱管理系統、空調系統的失靈，都可能導致熱濫用的發生。

（4）內部短路

內部短路是由電池的正負極直接接觸，當然接觸的程度不同，引發的後續反應也差別很大，通常由機械和熱量濫用，引起的大規模內部短路，將直接導致熱濫用。

引發內部短路原因同樣複雜，比如鋰離子電池過度充電，枝晶累積到一定程度，導致刺穿電池隔膜，從而發生內部短路或是碰撞、穿刺傷害之後，直接導致正負極接觸，而導致熱失控。

與外部因素產生的內部短路相比，源於電池製造過程中，自發的缺陷而引起的內部短路，程度比較輕微，先天內部短路產生的熱量很少，並不會立即觸發熱失控。而且這種內在缺陷，會經過一段時間，才會演化為程度較輕的內短路。

解決動力電池熱失控的主要方法

針對鋰離子電池熱失控的情況，目前主流的解決方法，主要從外部保護和內部改進，兩個方面進行改進。外部保護主要是指系統方面的升級改進，內部改進是指針對電池本身進行提高。

（1）冷卻方式的提升

熱管理系統主要負責控制溫度，確保電池一直處在一個合理的運行溫度下。通常，熱管理系統由整車控制器控制，在電池包溫度異常時，透過空調系統，進行即時散熱或者加熱，保證電池安全以及壽命。

電池的散熱方式，根據導熱方式和媒介的不同，而分為四項：空氣冷卻（風冷）、液體冷卻（水冷）、相變材料（固體）、和結合冷卻（風冷/水冷＋固體冷卻）幾種。