近期新能源車自燃事故頻發 鋰電池“熱失控”頻上頭條。數據顯示 去年燒瞭3000輛電動車，“熱失控”如何“可控”？ - 趣味新聞網

近期新能源車自燃事故頻發，鋰電池“熱失控”頻上頭條。數據顯示，2021年我國新能源汽車保有量達到瞭784萬輛，全國範圍內發生瞭3000起火災事故。

對於純電動汽車而言，用戶的裏程焦慮和電池熱失控起火爆炸一直是行業的焦點問題。 熱管理係統效率和電池熱管理性能的高低，也直接影響瞭車輛續航裏程和電池安全性。

根據全國機動車保有量與自燃事故測算，燃油車的燃燒事故每年按照萬輛單位計算約為2-4起，而新能源車每年按照萬輛單位計算約為0.9-1.2起。但從兩者間的起火原理與結果來看，新能源汽車比起燃油車而言，其“危害性”卻更高。

搭載瞭鋰電池的純電動汽車在熱失控後釋放齣熱量，短時間內造成短路引發起火，且電池內部的起火會引發連鎖反應，導緻車內人員逃生的時間變得十分倉促。此外，鋰電池的起火也更具危險性，一方麵，火場溫度高，即使火勢熄滅後，也需要大量的水降溫；另一方麵，鋰電池受破壞後具有復燃危險。

鋰電池熱失控機理

鋰離子電池熱失控所發生的化學反應是一個 復雜持續的過程 ，且不是一蹴而就的，具有階段性，在整個熱失控過程中是分階段進行的。

引起鋰離子電池發生危險的原因是電池內部放熱反應的失控，一般成因有：

（1） 過充： 不符閤規範的操作行為，如在鋰離子電池發生過充時，正極材料持續發生脫鋰反應，造成電解液被氧化分解從而釋放齣大量熱量，熱失控風險大增；

（2） 刺穿： 鋰離子電池在長期循環過程中會在負極錶麵産生鋰枝晶，一部分脫落形成“死鋰”，另一部分不斷增長會發生刺穿隔膜導緻電池短路；

（3） 高溫： 電解液溶劑均為易燃的碳酸酯和羧酸酯類有機溶劑，在高溫高壓下會發生氧化分解放齣大量熱量，從而引發熱失控；

（4） 高電壓： 固體電解質相界麵( SEI) 膜形成不穩定，在高電壓下發生分解，放齣熱量；

（5） 外部力量破壞： 在遭受到外部力量如振動、擠壓、碰撞、火燒的破壞時，可能造成電池結構崩塌、SEI膜撕裂、電解液泄露、內部短路等問題。

鋰枝晶

可以說，除卻電池本身自燃起火，劇烈碰撞、擠壓、涉水等外界因素也可能導緻內部元件的短路而引發自燃。值得注意的是，上述反應並非獨立進行的， 在某些時刻，很可能同時發生多種反應 。

鋰電池的安全性保護措施

鋰離子電池引發的熱失控事故很大程度上製約瞭鋰電池的發展。 大容量鋰離子電池得以進入規模化、商業化應用的前提是解決鋰電池的安全性問題。

針對鋰離子電池的安全性問題，近年來在電池産品設計和應用控製方麵采取瞭一些保護措施，內部保護措施主要有使用不易燃的電解液、新型隔膜、新型正極材料等；外部保護措施包括使用安全閥、PTC、BMS等。下文將主要從電解液及隔膜兩方麵探討鋰電池的安全性保護措施。

電解液安全策略

通過改變電解液組分或增加電解液組分的方式能夠有效提升電解液的安全性。由於鋰離子電池使用的電解液都是易燃的碳酸酯和羧酸酯類，因此直接使用不易燃的電解液是提高電池安全性較好的方法，主要包括：（1）使用難燃的有機溶劑替代易燃的碳酸酯，如環狀羧酸酯（如GBL）、腈類（如MFGN、GLN、ADN）、磷酸酯類（如TMP、TEP、TPP、IPPP等）、氟代酯類=，或將其與碳酸酯混閤使用（如FPPN與GBL混閤）；（2）使用室溫離子液體（RTIL），如咪唑隱離子液體所具有結構體積小的優點，可避免離子液體黏度大導緻電導率下降的現象。研究發現，與純離子液體相比，將離子液體與EC混閤得到的電解液混閤物具有更低的黏度、更高的電導率和更好的電化學穩定性。

然而，使用單一的阻燃添加劑往往不能夠兼顧鋰離子電池的其他性能，可能會導緻電導率下降、循環穩定性降低以及界麵阻抗升高等問題。考慮多功能阻燃劑的協同作用，如P、F和N元素組成的多功能阻燃劑是提高阻燃效率和減少對電化學性能不利影響的良好選擇。追求用量少、阻燃效率高、毒性低、電化學性能和化學性能穩定、與電極兼容性好等特點是阻燃添加劑的努力方嚮。

研究錶明，磷腈類阻燃劑能夠起到良好的阻燃效果，

而其缺點是會導緻電解液的導電率降低

隔膜安全策略

對於電池而言，能燃燒的不僅是電解液，還包括隔膜、黏結劑等。對於隔膜來說，其主要作用是將電池的正、負極分隔開，防止兩極接觸而短路以及通過Li+的功能。鋰電池用隔膜為聚烯烴微孔膜，通常為單軸拉伸聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）、雙軸拉伸PE或多軸拉伸PE/PP。這些商業化的隔膜易燃且熱穩定性差，因此安全可靠的鋰電池需要提高隔膜的阻燃性和熱穩定性。

在傳統隔膜的製備過程中摻雜阻燃性添加劑或縴維類物質是一種比較常見的改良手段，如溴化聚苯醚（BPPO）、阻燃接枝三聚氰胺基多孔有機聚閤物的隔膜（P-POP），其成本較低且效果顯著，主要是在隔膜錶麵浸塗阻燃劑或者將阻燃劑包覆在隔膜縴維中來達到提升安全性的目的。改性聚烯烴隔膜是實現提高隔膜熱穩定性的簡單方法。使用高熔點的聚閤物或無機材料對隔膜進行修飾，可以降低原始隔膜的熱收縮率，其本質類似於給隔膜穿上一層“外骨骼”，用來抵禦熱衝擊和機械衝擊。

P-POP熱失控抑製機理: (a)觸發燃燒前; (b)觸發燃燒後

近年來，為滿足對鋰離子電池高安全性的需求同時也為彌補傳統聚烯烴隔膜的不足，新型隔膜材料被不斷開發齣來。聚酰亞胺（PI）是一種性能良好的新型隔膜材料，它的高耐熱性、耐化學性和良好的潤濕性，使其具有非常重要的應用前景。將靜電紡絲技術與PI相結閤，PI復閤材料納米縴維膜具有高濃度的麯摺納米孔結構和固有的化學構型，因此大大提升隔膜的離子傳輸率和電解液潤濕性。未來可以通過尋找更多性能優異的材料優化PI納米縴維膜，以得到綜閤性能更好的隔膜。

當前絕大多數的鋰電池安全事故都是源於內部短路伴隨溫度和壓力的增加，因此未來還需要 更“智能”的隔膜 對這些因素進行監測來提高電池的安全性。雖然近年來新型隔膜設計理念不斷升級，但是高性能隔膜的應用往往伴隨著製備成本的增加，無法迅速轉嚮大規模應用階段。

小結

除瞭對電解液和隔膜進行修飾之外，電極材料的改性、限流器件的材料轉換、電池管理係統（BMS）設計改良都成為鋰電池係統安全性能提升的關鍵所在。

隨著能源技術的發展，高能量、高功率密度電池的應用趨勢越來越明顯，對鋰電池的安全性要求也越來越高。增加鋰電池安全性為宗旨，且不以犧牲其性能為代價，是未來高能量密度和高安全性鋰電池的發展關鍵。