一、前言

自鋰離子電池誕生開始，安全性便一直是限制其使用場景的重要問題。早在1987年，加拿大公司Moli Energy基于金屬鋰負極和MoS2正極推出了第一款商業(yè)化的金屬鋰電池，該款電池在1989年春末發(fā)生了多起爆炸事件，直接導致了公司破產，也促使行業(yè)轉向發(fā)展更穩(wěn)定地使用插層化合物作為負極的鋰離子電池。

鋰離子電池進入消費電子領域后，多次出現(xiàn)了因電池火災隱患而開展的大規(guī)模召回計劃，2016年韓國三星公司的Note7手機在全球發(fā)生多起火災和爆炸事故，除了引起全球性的召回計劃外，“鋰電池安全性”再次成為廣受關注的社會話題。

在電動交通領域，動力電池的安全性事故伴隨著新能源汽車銷售量的提升逐漸增加，據統(tǒng)計，中國在2021年有報道的電動車火災、燃燒事故超過200起，電動汽車安全性成為消費者和電動車企最關心的問題之一。

在儲能領域，韓國在2017—2021年期間發(fā)生了超過30起儲能電站事故，2021年4月16日北京大紅門儲能電站爆炸事故除導致整個電站燒毀外還造成2名消防員犧牲、1名員工失蹤。隨著鋰離子電池的應用場景日益擴大，其安全性在工業(yè)界和學術界均引發(fā)了廣泛的討論和研究。

二、動力電池系統(tǒng)、電芯的組成

1.動力電池系統(tǒng)

動力電池系統(tǒng)即我們常說的車用電池包，一般由電芯（或一小組單體電芯組成的模組），BMS（電源管理系統(tǒng)），結構件（箱體、導線、接插件等）和熱管理系統(tǒng)組成。

電芯是指動力電池的單體，一般是3.2V或3.6V的單節(jié)鋰離子電池，是發(fā)生漏夜、起火、爆炸等反應的元件。BMS是監(jiān)控電芯溫度、電壓，并以此判斷電芯狀態(tài)，與整車控制器/充電樁信號交互，進一步控制充放電行為的元件。

熱管理系統(tǒng)是對電池進行加熱或降溫，以保證電芯處于適宜溫度的元件。結構件是上述元件的載體或接口，用于支撐、安裝、防護內部元件，并提供充放電接口。

2.電芯

電芯就是單節(jié)的鋰離子電池，由正極片、負極片、隔膜、電解液和結構件組成。詳細見下表。

三、熱失控的誘因

對于鋰離子電池來說，失效反應的原因無外乎三個：內部短路、高溫、過（電）壓。這三個因素導致溫度達到一定程度后，觸發(fā)內部一系列的化學反應，進一步產生熱量、氣體，以致起火、爆炸。（最終都是歸結到溫度上，因此電芯的失效反應被稱為“熱失控”）

可以發(fā)現(xiàn)，一般情況下120℃及以下的溫度，都是安全溫度（不會發(fā)生起火、爆炸），60-120℃是鋰離子電池劣化但安全的溫度。導致發(fā)生起火、爆炸是需要瞬間達到120℃以上的，才是上圖中的“誘因”。

1）內部短路，就是內部有異物將隔膜刺穿（僅10微米厚），導致內部正負極直接接觸，瞬間產生大量的熱量，這也是電池自燃的根本原因；

2）過充（過壓），一般是三元正極材料過充至5.0-5.2V之間時，會具有強烈的氧化性，氧化電解液/隔膜，瞬間產生大量的熱量；

3）高溫，極端條件下從外部將電池包加熱到120℃以上，或電池殼體的局部在瞬間接受到大量的熱量（例如外電路通過殼體短路）。

除了上述三點外，其他的因素都不會導致鋰離子電池的起火、爆炸；也可以說其他濫用因素都是這三者的變形，下文將逐一說明。

四、引發(fā)自燃的條件

按照GBT31485中的濫用測試，以目前的電芯技術狀態(tài)，一般都能通過的有以下幾種：

而以目前技術條件，比較難通過的有以下幾種：

可以發(fā)現(xiàn)，通過外部條件引發(fā)鋰離子電池的劇烈反應還是比較難的（液壓機擠壓、針刺或大幅度過充）。但為什么還是會發(fā)生電池的自燃呢？筆者將其條件進行了梳理，如下：

可以發(fā)現(xiàn)，在沒有嚴重事故的情況下，電池包自燃的根本原因在于加工控制問題（內部短路、BMS失效或絕緣失效）。





審核編輯：劉清