【深度】动力电池安全性因素探究

在新能源汽车领域，锂电池动力电池由于具备相对较高的能量密度、输出功率等特点得到越来越广泛的应用。但锂离子动力电池的性能及寿命会随着不断地使用而衰减，更重要的是在不同的使用环境下会有不同的状况。比如在寒冷低温下容易出现比容量低、衰减严重等现象，高温下存在热失控导致自燃自爆的隐患。

这些潜在的安全隐患造成新能源汽车消费者的信心不足。因此对锂离子动力电池安全性进行重视并进行研究改进是十分必要的，有助于降低电池的安全隐患和发生事故的频率，减少或避免动力电池出现安全问题时造成的危害。

简单来说，锂离子动力电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、电池外壳等构成。若按正极材料来分，主要分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂以及镍钴锰酸锂三元材料等。按电芯的结构形状来分，主要分为圆柱和方形以及软包这三种。

不同材料选择和结构设计的电池优缺点都十分明显，因此锂离子动力电池安全与电池材料性质和结构设计有密切的关系，另外与电池制备技术和使用环境紧密相关。从锂离子动力电池的生产到最后的应用来看，影响锂离子动力电池安全性的因素贯穿在电芯的材料选择和设计生产、模组的集成和使用环境整个过程中。

（1）电芯材料选择和评估

电芯的性质和安全在很大程度上由电芯材料的选用决定，如果在选用电芯材料时没有对原材料进行深入的评估，必然会在第一阶段就造成电芯安全性的不足。

电池的比容量和比能量主要由正极材料决定，更重要的是其安全性受正极材料的本征电极电势影响，比如磷酸铁锂和三元的安全性差异。因此需要通过对电芯材料种类进行选择和元素掺杂来改善，尽量选择电位和电解液电化学窗口相匹配的、反应放热较少的材料，用以提高电芯安全性。

负极活性材料对安全性能的影响主要来自于锂枝晶的生长和电解液的反应。在快充的过程中，一旦锂离子通过SEI膜的速度比锂沉积在负极上的速度慢，锂的枝晶会随着充放电循环而不断生长，可能导致内部短路而造成电解质发生反应以致热失控。因此通过改善SEI膜的热稳定性可以提高电芯的安全性。

电解液通常使用的溶剂为有机碳酸酯类化合物，它们化学性能活泼且极易燃烧。正极材料处于充电态时为强氧化性，而处于强氧化性状态下的正极材料稳定性一般较差，很容易释放出氧气，而碳酸酯极易与氧气反应，放出大量的热和气体。一旦出现热失控后产生热量会进一步加速正极的分解，产生更多的氧气，促进更多放热反应的进行。

电池隔膜

隔膜的主要作用是将电池的正、负极分隔开，起到关闭和阻断通道的功能，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。一旦隔膜出现破裂等情况将会造成正负极接触短路导致热失控，因此对隔膜的机械强度、孔隙率、厚度均一性和耐温提出了很高的要求。