鋰電池動(dòng)力電池由于具備相對(duì)較高的能量密度、輸出功率等特點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用

在新能源汽車領(lǐng)域，鋰電池動(dòng)力電池由于具備相對(duì)較高的能量密度、輸出功率等特點(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用。但鋰離子動(dòng)力電池的性能及壽命會(huì)隨著不斷地使用而衰減，更重要的是在不同的使用環(huán)境下會(huì)有不同的狀況。比如在寒冷低溫下容易出現(xiàn)比容量低、衰減嚴(yán)重等現(xiàn)象，高溫下存在熱失控導(dǎo)致自燃自爆的隱患。

　　這些潛在的安全隱患造成新能源汽車消費(fèi)者的信心不足。因此對(duì)鋰離子動(dòng)力電池安全性進(jìn)行重視并進(jìn)行研究改進(jìn)是十分必要的，有助于降低電池的安全隱患和發(fā)生事故的頻率，減少或避免動(dòng)力電池出現(xiàn)安全問題時(shí)造成的危害。

　　簡(jiǎn)單來說，鋰離子動(dòng)力電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液、電池外殼等構(gòu)成。若按正極材料來分，主要分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及鎳鈷錳酸鋰三元材料等。按電芯的結(jié)構(gòu)形狀來分，主要分為圓柱和方形以及軟包這三種。

　　不同材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電池優(yōu)缺點(diǎn)都十分明顯，因此鋰離子動(dòng)力電池安全與電池材料性質(zhì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有密切的關(guān)系，另外與電池制備技術(shù)和使用環(huán)境緊密相關(guān)。從鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)到最后的應(yīng)用來看，影響鋰離子動(dòng)力電池安全性的因素貫穿在電芯的材料選擇和設(shè)計(jì)生產(chǎn)、模組的集成和使用環(huán)境整個(gè)過程中。

　　（1）電芯材料選擇和評(píng)估

　　電芯的性質(zhì)和安全在很大程度上由電芯材料的選用決定，如果在選用電芯材料時(shí)沒有對(duì)原材料進(jìn)行深入的評(píng)估，必然會(huì)在第一階段就造成電芯安全性的不足。

　　電池的比容量和比能量主要由正極材料決定，更重要的是其安全性受正極材料的本征電極電勢(shì)影響，比如磷酸鐵鋰和三元的安全性差異。因此需要通過對(duì)電芯材料種類進(jìn)行選擇和元素?fù)诫s來改善，盡量選擇電位和電解液電化學(xué)窗口相匹配的、反應(yīng)放熱較少的材料，用以提高電芯安全性。

　　負(fù)極活性材料對(duì)安全性能的影響主要來自于鋰枝晶的生長(zhǎng)和電解液的反應(yīng)。在快充的過程中，一旦鋰離子通過SEI膜的速度比鋰沉積在負(fù)極上的速度慢，鋰的枝晶會(huì)隨著充放電循環(huán)而不斷生長(zhǎng)，可能導(dǎo)致內(nèi)部短路而造成電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)以致熱失控。因此通過改善SEI膜的熱穩(wěn)定性可以提高電芯的安全性。

　　電解液通常使用的溶劑為有機(jī)碳酸酯類化合物，它們化學(xué)性能活潑且極易燃燒。正極材料處于充電態(tài)時(shí)為強(qiáng)氧化性，而處于強(qiáng)氧化性狀態(tài)下的正極材料穩(wěn)定性一般較差，很容易釋放出氧氣，而碳酸酯極易與氧氣反應(yīng)，放出大量的熱和氣體。一旦出現(xiàn)熱失控后產(chǎn)生熱量會(huì)進(jìn)一步加速正極的分解，產(chǎn)生更多的氧氣，促進(jìn)更多放熱反應(yīng)的進(jìn)行。

　　電池隔膜 

　　隔膜的主要作用是將電池的正、負(fù)極分隔開，起到關(guān)閉和阻斷通道的功能，可以讓鋰離子自由通過，而電子不能通過。一旦隔膜出現(xiàn)破裂等情況將會(huì)造成正負(fù)極接觸短路導(dǎo)致熱失控，因此對(duì)隔膜的機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率、厚度均一性和耐溫提出了很高的要求。

　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝

　　鋰離子動(dòng)力電池的安全性也與電池的結(jié)構(gòu)構(gòu)造有較大關(guān)系，尤其電池容量和大小對(duì)電池的安全性有重要影響。容量高的電池通常放熱量較大，而體積大的電池其散熱相對(duì)困難，熱量更容易被累積，從而出現(xiàn)熱失控的概率更大。

　　為保證鋰離子電池在使用過程中不出現(xiàn)問題，都會(huì)在鋰電池電池殼表面設(shè)置安全閥，以防內(nèi)部壓力過高。在電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在很多引發(fā)內(nèi)短路的潛在危險(xiǎn)部位，因此應(yīng)該在這些關(guān)鍵位置設(shè)置必要的措施或者絕緣，以防止在異常情況下發(fā)生電池內(nèi)短路。

　　電芯生產(chǎn)制造工藝基本步驟分為混料、涂布、輥壓、裁片、卷繞或疊層、極耳焊接、注液、封口、化成、排氣、分容等，在每一個(gè)步驟都有可能由于操作工藝不當(dāng)造成電芯的安全性問題。

　　在電芯原材料檢測(cè)階段，如果不嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)或生產(chǎn)時(shí)環(huán)境差，很容易導(dǎo)致電芯中混入雜質(zhì)，對(duì)電池的安全性有很大的影響。另外，電解液中如果混入了較多的水分，可能就會(huì)發(fā)生副反應(yīng)而增大電池內(nèi)壓，對(duì)安全造成影響。在電芯的生產(chǎn)過程中，由于工藝水平的限制使得電池極板厚度、微孔率、活性物質(zhì)的活化程度等存在微小差別。

　　這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的不一致性就會(huì)使同一批次出廠的同一型號(hào)電池的電壓、容量、內(nèi)阻等不可能完全一致。產(chǎn)品無法達(dá)到良好的一致性，都可能會(huì)對(duì)電芯的安全性帶來不利的影響。

　　（3）外部環(huán)境和使用條件　　

　　新能源汽車在使用過程中的環(huán)境是不斷變化的，一旦發(fā)生碰撞，電池系統(tǒng)將承受巨大的沖擊載荷，并且可能受到擠壓、穿刺等損壞，嚴(yán)重的造成電池的燃燒、爆炸等危險(xiǎn)。另外一方面長(zhǎng)期在路面上顛簸，容易導(dǎo)致電池固定松動(dòng)，造成一些機(jī)械性的傷害和連接件的松動(dòng)導(dǎo)致的一些問題。

　　動(dòng)力電池使用環(huán)境復(fù)雜 

　　電池箱外殼作為電池的第一防護(hù)層，防水等級(jí)需達(dá)到IP67。在不影響防水等級(jí)的基礎(chǔ)上同時(shí)必須具備散熱系統(tǒng)，以保證密閉空間內(nèi)的溫度不至過高，有效地保護(hù)電池的安全和使用壽命。其結(jié)構(gòu)必須保證在大容量的容納空間基礎(chǔ)上滿足足夠的強(qiáng)度，以保證在非正常情況下的碰撞下保護(hù)里面的電池不受大力擠壓。

　　除了在電芯制造過程中注意和外部保護(hù)條件之外，對(duì)BMS 的管理功能同樣提出很高的要求。BMS主要檢測(cè)電池的狀態(tài)以及電池組中各單體電池的狀態(tài)，并根據(jù)電池（組）的狀態(tài)對(duì)電池（組）進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂撇呗哉{(diào)整，可以接受上層控制模塊的控制信息并做出必要的響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池（組）的充放電管理以保證動(dòng)力電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。因此功能全面的BMS可以提高動(dòng)力電池在使用過程中的安全可靠性。

　　總結(jié)

　　鋰離子動(dòng)力電池的安全性能，決定了其在新能源汽車領(lǐng)域的市場(chǎng)和未來。為了保證新能源汽車的安全，各個(gè)企業(yè)需要不斷通過改進(jìn)工藝和技術(shù)提高鋰電池電芯的安全性，需要針對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化和設(shè)計(jì)分析。另外，使用者同樣需要要、正確使用動(dòng)力電池系統(tǒng)，杜絕機(jī)械濫用、熱濫用和電濫用以保證電池的安全可靠性。