動(dòng)力電池安全性是新能源轎車大規(guī)模推廣應(yīng)用過(guò)程中，各方最重視的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。這里闡述鋰離子動(dòng)力電池作為車用電源體系的安全性問(wèn)題及其有用的解決方案。動(dòng)力電池體系安全性問(wèn)題首要分為3個(gè)層次，即“演化”、“觸發(fā)”和“擴(kuò)展”。“演化”是指動(dòng)力電池安全性事端發(fā)作之前，故障或許經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的演化過(guò)程；“觸發(fā)”是“演化”過(guò)程的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也能夠是突發(fā)情況破壞了動(dòng)力電池體系，并導(dǎo)致安全性事端。在動(dòng)力電池安全性事端“觸發(fā)”問(wèn)題上，最為核心的問(wèn)題是鋰離子動(dòng)力電池的熱失控。熱失控“觸發(fā)”發(fā)作后，應(yīng)避免熱失控“擴(kuò)展”的發(fā)作。

以下我們首先從近年的一些鋰電池安全故事切入，引出“演化”、‘“觸發(fā)”和“擴(kuò)展“的概念。之后，遷就這3個(gè)層次一一打開(kāi)闡明。

1.鋰動(dòng)力電池安全事端回顧

能夠看出，鋰離子動(dòng)力電池事端首要表現(xiàn)為因熱失控帶來(lái)的起火焚燒。起火焚燒是令人擔(dān)憂的安全性問(wèn)題，但事實(shí)上，現(xiàn)在發(fā)作的事端所形成的損害有限，除電池組焚燒、損壞車輛本體、引燃周圍車輛之外，發(fā)作人員傷亡的情況較為罕見(jiàn)。大部分事端中，人員能夠及時(shí)得到危險(xiǎn)警示并安全撤離事端現(xiàn)場(chǎng)。事端4（比亞迪出租車磕碰起火事端）中的人員傷亡首要是因?yàn)楦咚倏呐鲂纬绍噧?nèi)乘員昏厥而無(wú)法逃生，事端5（波音787電池起火事端）中的人員受傷是因?yàn)轱w機(jī)緊迫降落后的疏散過(guò)程中發(fā)作的摔傷。

1）電池體系安全性的“演化”。安全性事端發(fā)作前，有兩種情況。一種是電池體系長(zhǎng)時(shí)間老化帶來(lái)的可靠性下降，也稱之為安全性“演化”，比方表1中的事端1、2、3、5、7；另一種是突發(fā)事件形成電池體系損壞并引發(fā)電池?zé)崾Э嘏c起火焚燒，也稱之為安全性“突變”，比方表1中的事端4和6。安全性的“演化”與“突變”統(tǒng)稱為“演化”。

2）電池體系安全性事端的“觸發(fā)”。電池體系長(zhǎng)時(shí)間老化與突發(fā)事件形成的電池體系損壞，或許會(huì)進(jìn)一步“演化”為鋰離子動(dòng)力電池的熱失控與起火焚燒。鋰離子動(dòng)力電池從正常工作到發(fā)作熱失控與起火焚燒的轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為“觸發(fā)”。

3）電池體系安全性事端的“擴(kuò)展”。單體電池或電池組內(nèi)部分電池發(fā)作熱失控“觸發(fā)”之后，熱失控與焚燒短時(shí)間內(nèi)放出很多的熱量。這些熱量向周圍電池與電池體系附件傳遞，會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的次生損害，如周圍電池順次發(fā)作熱失控與焚燒，或火焰?zhèn)鬟_(dá)點(diǎn)燃車內(nèi)線束與內(nèi)飾等。這類熱失控與起火向周圍傳達(dá)的現(xiàn)象稱為事端的“擴(kuò)展”。

2.鋰動(dòng)力電池安全性“演化”

安全性事端發(fā)作前有兩種情況。一種是電池體系長(zhǎng)時(shí)間老化帶來(lái)的可靠性下降，也稱之為安全性“演化”，如表1中的事端1、2、3、5、7；另一種是突發(fā)事件形成電池體系損壞并引發(fā)電池?zé)崾Э嘏c起火焚燒，也稱之為安全性“突變”，如表1中的事端4和6（Tesla高速碰擊起火事端）。從時(shí)間尺度上看，安全性演化的耗時(shí)很長(zhǎng)，而安全性突變的耗時(shí)很短。例如，事端1（普銳斯電池冒煙起火事端）歸于安全性演化，因裝配問(wèn)題形成的接頭松動(dòng)之前，電池經(jīng)受了長(zhǎng)時(shí)間的車載振蕩；事端5（波音787電池起火事端）中歸于安全性演化，從設(shè)計(jì)缺點(diǎn)到內(nèi)短路觸發(fā)之前，電池需要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的內(nèi)短路“成長(zhǎng)孕育期”及長(zhǎng)時(shí)間的不合理使用；而事端6歸于安全性突變，動(dòng)力電池組遭到瞬間碰擊后機(jī)械變形，電池不僅遭到擠壓并且發(fā)作方位移動(dòng)，從而形成短路與熱失控。

比較而言，安全性突變難以預(yù)測(cè)，但是能夠經(jīng)過(guò)既有事端的形式來(lái)改善電池體系的設(shè)計(jì)；而安全性演化耗時(shí)長(zhǎng)，隨同有電池體系的老化，能夠經(jīng)過(guò)檢測(cè)電池體系的老化程度來(lái)評(píng)價(jià)電池體系安全性的變化。

電池體系任何部件的老化都或許帶來(lái)安全事端的觸發(fā)。事端1（普銳斯電池冒煙起火事端）中，錯(cuò)誤的裝配順序使得電池連接線接頭在長(zhǎng)時(shí)間車載振蕩條件下發(fā)作松動(dòng)，繼而導(dǎo)致接頭處電阻增大。而混合動(dòng)力電動(dòng)車行駛過(guò)程中，電池充放電的電流在松動(dòng)的接頭處發(fā)作很多的熱量，加熱了部分電池，終究導(dǎo)致電池?zé)崾Э厥露说陌l(fā)作。事端7中，電池管理體系的失效，形成電池組長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)過(guò)充電，終究導(dǎo)致熱失控事端的發(fā)作。

除了電池體系其他部件的老化之外，電池本身的安全性演化首要表現(xiàn)為內(nèi)短路的開(kāi)展。內(nèi)短路被認(rèn)為是系列事端5的首要原因。內(nèi)短路在終究發(fā)作之前，會(huì)經(jīng)歷適當(dāng)長(zhǎng)的“成長(zhǎng)孕育期”。鋰離子動(dòng)力電池發(fā)作內(nèi)短路的原因很多，其中電池內(nèi)部的金屬枝晶成長(zhǎng)是形成內(nèi)短路的首要原因之一。金屬枝晶成長(zhǎng)能夠來(lái)自電池正極中的過(guò)渡金屬（銅、鐵等）的溶解與再成長(zhǎng)，也能夠來(lái)自鋰金屬的析出與成長(zhǎng)。電池設(shè)計(jì)與出產(chǎn)過(guò)程中的缺點(diǎn)會(huì)有利于金屬枝晶的成長(zhǎng)，比方電池在制造過(guò)程中混入的雜質(zhì)，或許電池極片因?yàn)檠b配應(yīng)力效果發(fā)作的褶皺，金屬枝晶在雜質(zhì)和褶皺附近更容易成長(zhǎng)。鋰金屬的析出與成長(zhǎng)還與充電倍率，充電溫度相關(guān)。大倍率充電或低溫充電都或許增加鋰金屬析出的或許。

金屬枝晶的長(zhǎng)時(shí)間成長(zhǎng)或許會(huì)擠入隔閡的孔隙，并終究刺穿隔閡，形成內(nèi)短路甚至熱失控事端。需要注意的是，鋰枝晶成長(zhǎng)刺穿隔閡導(dǎo)致熱失控之前，老化電池的安全性相對(duì)新鮮電池而言已經(jīng)發(fā)作了變化：一方面，因?yàn)槟芰棵芏鹊南陆担姵責(zé)崾Э匦纬傻膿p害或許會(huì)下降；但另一方面，因?yàn)閮?nèi)部金屬枝晶的存在，老化后的電池或許更容易發(fā)作熱失控。