電動(dòng)車的動(dòng)力來(lái)自電池，電池的安全性，如是否會(huì)著火、爆炸、導(dǎo)致人員觸電、釋放有害氣體，車體結(jié)構(gòu)是否安全等諸多問題，都是關(guān)乎每位消費(fèi)者生命安全的大事，確保安全是新能源汽車不斷提升滲透率的根本前提。

動(dòng)力電池系統(tǒng)的產(chǎn)品安全性范圍包括化學(xué)安全、電氣安全、力學(xué)安全和功能安全。化學(xué)安全在電池單體設(shè)計(jì)時(shí)候就已經(jīng)定型，比如如何選擇活性材料以及如何組合;電氣安全通過對(duì)電池系統(tǒng)里的電線、殼體和其他電器部件的絕緣來(lái)實(shí)現(xiàn);力學(xué)安全則通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)械設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如特殊的房碰撞保護(hù)殼;功能安全需要通過相應(yīng)的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)電池單體、電池控制單元和它們相關(guān)的通信接口來(lái)達(dá)到目標(biāo)，執(zhí)行器是指如接通、斷開電池的繼電器。化學(xué)安全事故是電動(dòng)車事故的主要來(lái)源，電芯層面主要承擔(dān)化學(xué)安全層面的職責(zé)。

統(tǒng)計(jì)了2017年以來(lái)新能源汽車的起火事故，從場(chǎng)景來(lái)看，起火的第一場(chǎng)景是充電，充電中和充滿電之后發(fā)生安全問題，大概占50%;第二場(chǎng)景是停放，部分新能源汽車在購(gòu)臵后使用率偏低，或者是即將報(bào)廢車輛在沒有拆除電池包的情況下長(zhǎng)期擱臵停放，約占20%;第三場(chǎng)景是行駛，約占10%;第四場(chǎng)景是碰撞，約占5%;第五場(chǎng)景是極端環(huán)境或者說(shuō)惡劣天氣，出現(xiàn)動(dòng)力電池絕緣密封性能下降，泡水后短路等故障問題，約占10%;其他場(chǎng)景約占5%。

導(dǎo)致起火事故的原因之中，首當(dāng)其沖的是電芯產(chǎn)品問題。在電芯生產(chǎn)制造過程中，個(gè)別產(chǎn)品雜質(zhì)、毛邊等質(zhì)量控制未能符合要求，經(jīng)過多次充放電循環(huán)過程形成析鋰導(dǎo)致內(nèi)部短路，最終發(fā)生熱失控、熱擴(kuò)散。中科院院士歐陽(yáng)明高認(rèn)為，部分企業(yè)為獲得補(bǔ)貼盲目追求高比能量，縮短電池產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證時(shí)間，技術(shù)驗(yàn)證周期偏短導(dǎo)致了技術(shù)驗(yàn)證不足、工程解決方案不成熟，是造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的主要原因。

除此之外，電氣連接失效和碰撞等機(jī)械傷害也會(huì)引發(fā)新能源汽車起火。在汽車使用的長(zhǎng)期過程中，部分產(chǎn)品使用壽命無(wú)法充分滿足要求。例如某車型動(dòng)力電池經(jīng)過一段時(shí)間使用后，螺栓松動(dòng)，局部電阻較大開始發(fā)熱，成為安全隱患。而碰撞是觸發(fā)動(dòng)力電池?zé)崾Э氐牡湫头绞健蝹€(gè)電芯或模組發(fā)生熱失控，會(huì)進(jìn)一步傳導(dǎo)至其他電芯、模組和電池包。目前動(dòng)力電池有關(guān)隔熱、阻斷的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步提高。

電池?zé)崾Э氐脑驒C(jī)理及控制

從科學(xué)機(jī)理上講，造成鋰離子電池熱分解失控的誘因較多，有由外部出發(fā)的，如電濫用、熱濫用或者機(jī)械濫用，也有由內(nèi)部出發(fā)的，如金屬雜質(zhì)殘留、隔膜破損或負(fù)極上的析鋰反應(yīng)導(dǎo)致單體損壞等。不論觸發(fā)的原因?yàn)楹危鋵?dǎo)致的結(jié)果主要是電池單體溫度升高，這會(huì)進(jìn)一步引起其他單體的熱分解反應(yīng)，從而產(chǎn)生更多熱量。這種自加速的過程被稱為熱失控(ThermalRunaway)，它導(dǎo)致的結(jié)果往往是不可控的單體發(fā)熱，甚至是起火。

鋰離子電池普遍采用易燃的烷基碳酸酯有機(jī)溶液作為電解液;其作為負(fù)極的石墨在充電態(tài)時(shí)化學(xué)活性接近金屬鋰：在高溫下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的鋰離子與電解液、粘接劑PVDF會(huì)發(fā)生反應(yīng)，這些都伴隨著大量熱的釋放;其作為正極的過渡金屬氧化物在充電態(tài)時(shí)具有較強(qiáng)的氧化性，在高溫下易分解釋放出氧，釋放出的氧與電解液發(fā)生燃燒反應(yīng)，繼而釋放出大量的熱。因此，在濫用的情況下，安全設(shè)計(jì)不足的鋰離子電池會(huì)有熱失控的可能，如冒煙、起火甚至爆炸等。

提升安全性有三個(gè)維度：一是材料維度;二是生產(chǎn)過程維度;三是電芯集成維度。材料維度上，從對(duì)熱失控過程中各反應(yīng)的溫度和反應(yīng)焓的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，盡管負(fù)極SEI膜分解反應(yīng)熱相對(duì)較小，但其反應(yīng)起始溫度較低，會(huì)在一定程度上增加負(fù)極極片的“燃燒”擴(kuò)散速度。更重要的是，SEI膜分解反應(yīng)直接決定了電池的高溫存儲(chǔ)性能，因此，改善SEI膜的熱穩(wěn)定性十分必要，改善的途徑主要是通過成膜添加劑或鋰鹽增加其熱穩(wěn)定性。

另外，盡管粘接劑在負(fù)極中的重量比很小，但是其與電解液的反應(yīng)熱十分可觀，因此通過減少粘接劑的量或選擇合適的粘接劑將有利于改善電池的安全性能。正極材料方面，各充電態(tài)正極材料在高溫下釋氧程度是影響其安全性能的主要因素。若對(duì)其他性能要求較高，采用核-殼結(jié)構(gòu)和表面包覆也是減少正極材料與電解液的反應(yīng)熱，提高電池安全性能的有效手段。電解液方面，電解質(zhì)LiPF6的熱穩(wěn)定性是影響電解液熱穩(wěn)定的主要因素，因此目前主要改善方法是采用熱穩(wěn)定性更好的鋰鹽。但由于電解液本身分解的反應(yīng)熱很小，對(duì)電池安全性能影響十分有限。對(duì)電池安全性影響更大的是其易燃性，降低電解液可燃性的途徑主要是采用阻燃添加劑。

盡管不同類型的電池在正極材料、隔膜等方面有一定差異，但總體思路相同，即正極材料盡量選取穩(wěn)定性好的、隔膜選取機(jī)械強(qiáng)度大的。此外，一旦確定了正極材料，不同電芯企業(yè)在材料方面趨同度就已很高，材料的區(qū)別很難成為不同電芯品質(zhì)差異的根本來(lái)源。

生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制水平是各家電芯企業(yè)差距的最主要來(lái)源，制造工藝的差異集中體現(xiàn)在產(chǎn)品一致性上。鋰離子電池制造工藝復(fù)雜，工序繁多，包括合漿、涂布、輥壓分切、制片、卷繞、組裝、注液、化成和分容等。制造過程的各個(gè)工序都影響著電池的性能，各工序的誤差累積是造成單體電池性能差異的主要來(lái)源。

鋰離子電池制造過程復(fù)雜，每個(gè)工序的誤差累計(jì)成最終電池性能差異，因此過程控制十分重要。對(duì)每個(gè)過程進(jìn)行優(yōu)化可提高產(chǎn)品一致性，其中影響較大的步驟包括電池漿料分散是否均勻、極耳、蓋板等處的焊接質(zhì)量以及注液過程的精度控制等。此外，采用自動(dòng)化程度高及精度高的生產(chǎn)線，不僅可以提高勞動(dòng)效率、改善工人勞動(dòng)環(huán)境，還可以節(jié)約材料、降低能耗并且大大降低生產(chǎn)過程中由于人為接觸造成的污染和人為操作的隨機(jī)性導(dǎo)致的電池不一致，從而提升產(chǎn)品品質(zhì)。總之，提高電池一致性從根本上要提高制造工藝水平。

電芯集成維度上提升安全性主要是提高電池管理系統(tǒng)的水平(BMS)。在電池組使用過程中遇到的不一致性問題，可以通過BMS對(duì)電池組狀態(tài)進(jìn)行控制，以抑制電池性能差異的放大。BMS可以準(zhǔn)確估測(cè)SOC，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集電池的端電壓、溫度、充放電電流，防止電池發(fā)生過充或過放現(xiàn)象，并對(duì)電池組進(jìn)行均衡管理，使單體電池狀態(tài)趨于一致，從而能在電池使用過程中改善電池組的一致性問題，提高其整體性能，并延長(zhǎng)其使用壽命。