一段时候以来，新能源汽车起火变乱时而被媒体报导，而起火的缘由，年夜部门指向了电池，这让动力电池的平安性再次成为行业存眷的核心。动力电池的首要品类是锂离子动力电池，它的平安性贯串在从电芯选材到利用终结的全生命周期，顺次可分为汽车操纵、梯次操纵和再生操纵三个生命阶段，本文经由过程深切阐发汽车操纵环节的平安问题，探讨平安问题发生的缘由和提高平安性的方式，但愿能为行业的成长供给一些思虑和帮忙。

宁德时期黄世霖师长教师曾表达：“公司之所以能成为诸多年夜牌车企的合作火伴，首要是由于公司在锂电池出产制造方面多年的经验堆集，和对电池平安性的高度正视。”宁德时期整体的成长方针是“做全球最平安的锂电池”，锂电营业从设计平安、产物平安、出产平安到售后平安成立了全方位的保障系统。锂电池不管是利用在新能源汽车，仍是年夜范围储能系统，要害在在平安性、能量密度、功率密度、轮回寿命和价钱等五个方面（如图1所示），平安性始终是锂离子动力电池研发的第一要位。

凡是锂电池在3C产物利用较成熟，最近几年在新能源汽车和储能范畴存在爆发式的增加需求，今朝我国储能电池市场范围还没完全释放，而新能源汽车动力电池市场已成为列国争相竞技的赛场。从图2看出，美国制订的持久方针为开辟能量密度＞200Wh/kg的PHEV-100+和EV用二次电池，日本新能源财产手艺综合开辟机构（NEDO）打算至2020年到达250Wh/kg，2030年到达500-700Wh/kg，中国计划至2020年，新型锂离子动力电池单体比能量跨越300Wh/kg，系统比能量力争到达260Wh/kg，至2025年，单体比能量达500Wh/kg。

诚如新能源汽车动力电池火爆的背后，不但带来了低端产能多余，高端产能不足的布局性产能问题，同时还伴生了一些平安隐患，以下图3的几例典型电动车起火和爆炸变乱。据统计，2016年末新能源汽车保有量40万辆，2016年国内新能源汽车产生火警总计29起，按如许的变乱比例计较，至2020年新能源汽车计划保有量要到达500万辆，火警变乱相当在250次摆布。

锂离子动力电池平安问题的缘由阐发

从工作道理角度看，动力电池与消费类电池根基一样，但动力电池的带电量弘远在消费类电池，在过充、过热、内短路、外短路、机械触发等身分下轻易引发热掉控，当动力电池产生热掉控时可以使电池温度敏捷升高到400-1000℃，进而产生着火、爆炸等变乱。如图4所示，动力电池热掉控的演化分为诱因、产生和扩大三个阶段，跟着温度不竭升高，电池内部产生显著转变，分歧温度阶段陪伴着各类副反映的产生，当副反映的产热速度年夜在电池的散热速度时，电池内压和温度急剧上升，致使电池产生燃烧和/或爆炸。

锂离子动力电池的布局起首决议了其平安机能的黑白，如图5所示，锂电材料由正极材料、负极材料、电解液和隔阂等构成，充放电进程现实上是一种电化学反映进程，SEI膜是在电池初次充放电进程中电极材料与电解液反映沉积在电极概况的一层钝化膜，当温渡过高（T＞130℃）致使SEI膜分化，使电解液与袒露的高活性碳负极产生还原反映，发生年夜量的分化热量使电池温度升高，这是致使热掉控的反映半岛体育动力学缘由，也是产生变乱的底子缘由，是以，改良SEI膜的热不变性可以提高电芯的平安性。

从锂电材料构成来看，正极材料占比最高，它决议了电池的比容量和比能量，对照磷酸铁锂（LiFePO4）与三元材料NMC(LiNixMnyCo1-x-yO2)发现，要提高平安性一定牺牲能量密度，影响平安性的主要身分是电极材料的本征电极电势和晶体布局；负极材料对平安性的影响首要来自在锂枝晶的发展致使的与电解液的反映，锂枝晶不竭发展的缘由是锂离子经由过程SEI膜的速度小在锂离子在负极上的沉积速度；电解液凡是为有机碳酸酯类化合物，充电时不不变的正极材料产生副反映释放氧气与电解液反映，放出年夜量热和易燃气体；隔阂材料一旦分裂将造成正负极接触产生短路，致使热掉控。如表6所示，在过充和高温下，正极活性材料与电解液中的溶剂产生反映释放氧气并发生年夜量热；温度升高使得在嵌锂状况下的碳负极材料由有序变无序，极易与电解液或粘接剂（如PVDF）产生放热反映；电解液溶剂（如PC/EC/EMC/DMC等）均为有机易燃物，高温或必然电压下产生氧化和分化反映；隔阂材料PE熔点135℃，PP熔点165℃，温度跨越熔点，隔阂熔化，产生内短路。

今朝锂离子动力电池在乘用车和商用车利用较多的别离是三元电池、磷酸铁锂电池，三元电池向高平安和高能量密度标的目的成长，这现实上是矛盾的，三元NCM或NCA均往高镍标的目的成长，能量密度随之提高，但电池平安性也随之下降。从图7看出，高含量Ni4+轻易氧化电解液，释放气体，粉碎材料晶体布局，致使热不变性降落，影响电芯平安性。

电化学反映释放的气体和热量使得电池内压和温度升崇高高贵过了承受限度，例如一个40Ah的NCM/C软包电池，电解液为溶质LiPF6和溶剂EMC/DEC/EC，在布满电时，经由过程针刺触发烧掉控，释放出的气体成份包罗EMC、DEC、EC、苯、甲苯、苯乙烯、联苯、丙烯醛、一氧化碳、氟化氢等易燃易爆有害气体；一个3C消费类电池，材料为LiCoO2/C，2.1Ah软包，7.7Wh容量，触发烧掉控后发生的气体种类和含量如表8所示，充电状况SOC（State of Charge）别离为50%、100%、150%时，陆续释放的气体体积别离是0.8L、2.5L、6.0L，电池包被涨破，气体快速冒出，能量堆积到必然水平而起火或爆炸。

除锂电材料影响电池平安性外，有句行话说平安性是设计出来的，是以电芯和PACK的设计、BMS的设计、整车节制系统的设计也相当主要，此中BMS具有防过充、温控、电控、监控电池工作状况并猜测电池电量等功能，是动力电池的“年夜脑”，电池外壳的设计要求防水品级IP67、具有散热系统和知足足够的强度。如图9所示，动力电池的出产制造工艺复杂，每一个步调都有可能发生平安问题，因为工艺程度的限制，即便统一批次出厂的统一型号电池，其电压、容量、内阻等也不成能完全一致。虽然说锂电池构成和布局是致使平安问题的底子缘由，但来自外界的碰撞、挤压、穿刺、波动等情况身分直接造成了电池燃烧、爆炸等危险。

锂离子动力电池平安问题的解决路子

锂电池的平安问题贯串在电池材料配方、电池包设计、电池出产制造工艺、电池治理系统、整车利用情况的全进程，本文总结了一些解决平安问题的办法，以供读者参考。

1、采取新型正、负极材料，提高热不变性

今朝正极材料冲破还必然空间，经由过程优化三元材料（NCM、NCA等）有价金属的比例，找到既能提高能量密度，又能包管平安性的均衡状况，使比能量趋势在300 Wh/kg。负极材料采取硅碳复合材料，最年夜的长处是其理论容量可达4200 mAh/g以上，比石墨类负极容量372 mAh/g高良多倍，今朝企业正在经由过程硅纳米化、硅碳包覆、搀杂等手段解决硅碳复合材料的轮回寿命差的问题，据知上海杉杉已进入中试。采取钛酸锂作负极，首要优势表示在轮回寿命跨越10000次，情况应变低在1%，不生成传统意义的SEI膜，插锂电位高，不生成锂枝晶，可快速充电，热不变极高，但其价钱太高，克容量较低（170 mAh/g摆布），是以比力合适对空间没有要求的年夜巴和储能范畴。

2、高固态电解液、耐高温隔阂材料已在测验考试范围利用中

固态电解液是一种趋向，前期有些电解液厂商大举宣扬固态电解液，现实上是在传统溶剂与电解质（如LiPF6）系统中增添了固态成份的比例，其实不是完全的固体电解液。隔阂凡是采取PE膜或PE/PP复合膜，熔点较低，耐高温的陶瓷改性膜和新型聚合物膜已在范围化试用阶段。

3、研发基在平安性的新型动力电池

将来全固态电池具有不成燃、无侵蚀、不挥发、不漏液、更高平安性和更长利用寿命的长处。跟着氢能时期的到来，也带动了氢燃料电池的快速成长，成为动力电池成长不成轻忽的趋向，氢燃料电池比锂离子电池更平安，但需要解决氢的供给、贮存和运输困难。石墨烯可以说是当下最火的碳材料，其良好的电子传输能力、导热性和能量贮存性决议了在锂电、储能的普遍利用，如石墨烯/钛酸锂电池6分钟可以布满电，轮回充放电可达2万次，平安性比三元和磷酸铁锂更高，但后期需要提高能量密度。

4、掌控好设计关和检测关，包管电池的平安性

电池的布局设计，治理系统的优化为平安性供给保障，如成长高活络性的热节制手艺（PTC热敏电阻），顶盖设有平安阀（出气孔）等。每一个贸易化的动力电池进入市场前都必需颠末严酷的质量查验，常见的查验方式、尺度和查验装备如表10所列。

5、智能化提高了产物的一致性和平安性

动力电池智能制造一向是出产成长的标的目的，国表里电池企业所用装备的主动化、智能化水平愈来愈高，产物愈来愈邃密，统一批次不异产物的一致性愈来愈高，废品率年夜年夜下降，但在品质把控的程度上，国内电池制造与国外还存在必然差距。

6、动力电池置在商用车底部提高平安性

商用电车设计中要斟酌平安、不变、一体化、轻量化、能量传动等手艺细节，经由过程测试发现，动力电池整体安插在底部时，侧翻、横摆不变性等较着优在顶置和后置，包管了运行中平安靠得住。

锂电池上下流企业有关平安的手艺研发对照

如表12所列，本文对照了国表里知名动力电池上下流企业从平安角度动身所进行的研发状态。

相信99%的平安是设计和制造出来的，只有从全财产链和全寿命周期斟酌解决动力电池的平安问题，才有可能杜绝1%的平安变乱。

(编纂:Wendy)