在好多人印象里，固執(zhí)地認(rèn)為動(dòng)力電池不安全，因?yàn)橛X(jué)得一旦自燃之后人逃離不了，但新能源汽車(chē)和燃油車(chē)在安全性上不能這么簡(jiǎn)單粗暴的比較，這里涉及到新能源汽車(chē)發(fā)展階段和安全標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的問(wèn)題。

事實(shí)上，燃油車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)的自燃比例非常接近。國(guó)家消防救援局2023年第一季度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。根據(jù)這一數(shù)據(jù)，燃油車(chē)保有量31771萬(wàn)輛，自燃18360輛，自燃率萬(wàn)分之0.58；新能源車(chē)1445.2萬(wàn)輛，自燃640輛，自燃率萬(wàn)分之0.44。從自燃率上看，新能源汽車(chē)甚至略低于燃油車(chē)。

其中最近整改提出動(dòng)力電池安全要求標(biāo)準(zhǔn)文件由工信部和寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、卡耐新能源、力神電池、比亞迪、微宏動(dòng)力以及北汽新能源、蔚來(lái)汽車(chē)等單位參與起草，此次標(biāo)準(zhǔn)增加了電池系統(tǒng)熱擴(kuò)散試驗(yàn)，要求電池單體發(fā)生熱失控后，電池系統(tǒng)在5分鐘內(nèi)不起火不爆炸，為乘員預(yù)留安全逃生時(shí)間。因此，按照這一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的動(dòng)力電池以及新能源汽車(chē)，要比之前沒(méi)有達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)力電池和新能源汽車(chē)的安全性大大提升，和燃油車(chē)相比，在車(chē)輛自燃后逃生的成功率方面已經(jīng)和燃油車(chē)沒(méi)有區(qū)別。

電車(chē)的安全問(wèn)題，在安全問(wèn)題里首當(dāng)其沖的又是電動(dòng)車(chē)會(huì)不會(huì)著火自燃。這里面就涉及了一個(gè)車(chē)用電池的熱失控問(wèn)題，而保障新能源車(chē)電池安全的方法，其實(shí)就是找到電池?zé)崾Э氐脑蛞约叭绾畏乐闺姵責(zé)崾Э氐陌l(fā)生，接下來(lái)我們就鋰電池的熱失控進(jìn)行介紹。

一、什么是熱失控

1.概述

熱失控指的由各種誘因引發(fā)的熱的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)現(xiàn)象，熱量在電池內(nèi)部累積而相互增強(qiáng)且?guī)в袠O具破壞性的反應(yīng)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，熱失控就是一個(gè)能量正反饋循環(huán)過(guò)程：升高的溫度導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱后溫度升高，又反過(guò)來(lái)讓系統(tǒng)變得更熱，最終引起起火或爆炸。

2.階段劃分

熱失控的階段的劃分方法存在著不同的說(shuō)法，目前主流觀點(diǎn)還是與隔膜有關(guān)，因?yàn)楦裟な歉魯嚯娦菊?fù)極的唯一物質(zhì)，當(dāng)隔膜的大規(guī)模溶解，電芯正負(fù)極直接內(nèi)部短路，會(huì)加劇電芯的熱失控反應(yīng)。在此之前，溫度降下來(lái)，物質(zhì)活性下降，反應(yīng)會(huì)減緩。一旦突破這個(gè)點(diǎn)，正負(fù)極已經(jīng)直接相對(duì)，電芯內(nèi)部溫度不可能被降低，無(wú)法終止反應(yīng)的繼續(xù)了。

該理論將熱失控劃分為三個(gè)階段，自生熱階段（50℃-140℃），熱失控階段（140℃-850℃），熱失控終止階段（850℃-常溫），一些文獻(xiàn)提供的隔膜大規(guī)模融化溫度起始于140℃。

從圖中可以看出，當(dāng)隔膜熔融，電池發(fā)生不可逆的產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)時(shí)，電池溫度將急劇升高，可能導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。為了降低鋰電池的火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)，對(duì)于熱失控機(jī)理的掌握變得尤為重要。

二、熱失控的誘因

熱失控的觸發(fā)原因可以分為兩大類(lèi)，內(nèi)因和外因。

內(nèi)部短路：根據(jù)前面分析，所有的熱失控歸根到底都是隔膜熔融，造成電芯正負(fù)極內(nèi)部短路造成電芯的熱失控，在原因分析里的內(nèi)部短路則是一個(gè)狹義的概念，即電芯內(nèi)部由于加工時(shí)由于設(shè)備的磨損，引入一些金屬物質(zhì)，造成隔膜刺穿引起的內(nèi)短路。如目前普遍采用的是6至12μm的隔膜，當(dāng)金屬顆粒超過(guò)隔膜厚度，在反復(fù)充電過(guò)程中，金屬刺穿隔膜引起的電芯內(nèi)部短路，繼而引發(fā)的熱失控。

機(jī)械濫用

機(jī)械濫用，指的是在外力作用下，電芯受到類(lèi)似碰撞、擠壓和穿刺等形式的外力影響。比如車(chē)輛高速行駛中觸碰的異物，直接導(dǎo)致了電池內(nèi)隔膜崩潰，進(jìn)而造成了電池內(nèi)短路，短時(shí)間內(nèi)引發(fā)了自燃。

電濫用

鋰電池的電氣濫用，一般包括外短路，過(guò)充，過(guò)放幾種形式，其中最容易發(fā)展成熱失控的要屬過(guò)充。

過(guò)充電，過(guò)充電主要是由于電池包無(wú)節(jié)制的充電或者反復(fù)充電，電芯負(fù)極已無(wú)空間繼續(xù)盛放鋰金屬，其就會(huì)形成鋰枝晶，造成刺破隔膜引起電池包熱失控，這個(gè)也是鋰電行業(yè)剛發(fā)展初期最重要的失控因素之一。

外短路，電池組的外部短路可能是由于汽車(chē)碰撞引起的變形引起正負(fù)極短路，浸水，導(dǎo)體污染或維護(hù)期間的電擊等，一般而言，針對(duì)外短路，只要不會(huì)直接作用于電池包，造成電池包內(nèi)部的高壓正負(fù)極直接短路，都可以通過(guò)產(chǎn)品本身的保險(xiǎn)系統(tǒng)進(jìn)行消除，避免電池包熱失控。

熱濫用

局部過(guò)熱可能是發(fā)生在電池組中典型的熱濫用情況。熱濫用很少獨(dú)立存在，往往是從機(jī)械濫用和電氣濫用發(fā)展而來(lái)，并且是最終直接觸發(fā)熱失控的一環(huán)。除了由于機(jī)械/電氣濫用導(dǎo)致的過(guò)熱之外，過(guò)熱可能由連接接觸松動(dòng)引起。電池連接松動(dòng)問(wèn)題已經(jīng)得到證實(shí)。熱濫用也是當(dāng)前被模擬最多的情形，利用設(shè)備有控制的加熱電池，以觀察其在受熱過(guò)程中的反應(yīng)。

三、如何防止熱失控發(fā)生

熱失控的誘因是多元的，針對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э氐那闆r，目前國(guó)內(nèi)主流的解決方法主要從外部保護(hù)和內(nèi)部改進(jìn)兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。內(nèi)部改進(jìn)則是指針對(duì)電池本身進(jìn)行提高。外部保護(hù)較為復(fù)雜，主要是指系統(tǒng)方面的升級(jí)改進(jìn)。

1.電池單元組成

以方形動(dòng)力電池為例：電池組通常由多個(gè)方形電池單元組成，用于存儲(chǔ)和釋放大量電能。由于動(dòng)力電池組儲(chǔ)存的能量較大，一旦發(fā)生異常情況（例如過(guò)充、過(guò)放、高溫等），可能會(huì)導(dǎo)致電池組的氣體產(chǎn)生、壓力升高，嚴(yán)重情況下甚至引發(fā)火災(zāi)或爆炸。

為了確保電池組的安全性，每一塊動(dòng)力電池通常會(huì)配備1塊防爆閥。防爆閥是一種安全裝置，可以控制電池內(nèi)部壓力，將過(guò)壓或異常壓力及時(shí)釋放，以減少爆炸或火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.工作原理

方形動(dòng)力電池防爆閥的主要爆破原理是基于熱膨脹特性和壓力差的原理。當(dāng)電池內(nèi)部氣體壓力超過(guò)防爆閥設(shè)定的安全值時(shí)，閥門(mén)將爆開(kāi)，通過(guò)閥門(mén)排放出一部分氣體，從而降低電池內(nèi)部氣體的壓力，保持電池的安全工作狀態(tài)。

當(dāng)電池內(nèi)部氣體壓力升高超過(guò)閥門(mén)設(shè)定的安全壓力時(shí)，壓力差使得閥門(mén)受到力的作用，突破防爆閥的限制，爆開(kāi)閥門(mén)，將電池內(nèi)部氣體排放出去。

（電池防爆閥爆開(kāi)圖）

3.設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

方形動(dòng)力電池防爆閥的爆破參數(shù)是根據(jù)電池的設(shè)計(jì)和使用要求進(jìn)行決定的。另外，電池防爆閥的開(kāi)啟力度也需要合理控制，過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響閥門(mén)的工作效果。而電池防爆閥的爆破過(guò)程主要包括兩個(gè)階段：壓力累積和爆破釋放。在壓力累積階段，電池內(nèi)部氣體壓力逐漸增加，到達(dá)閥值后，防爆閥受到壓力的作用迅速爆開(kāi)，閥門(mén)完全打開(kāi)，進(jìn)入爆破釋放階段，電池內(nèi)部氣體通過(guò)閥門(mén)迅速排放出去，從而保持電池的安全工作狀態(tài)。

而車(chē)企在方形動(dòng)力電池防爆閥的采購(gòu)應(yīng)要注意，在防爆閥爆破過(guò)程中需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)要求：一是快速的反應(yīng)速度，即能夠在電池內(nèi)部氣體壓力達(dá)到危險(xiǎn)值之前及時(shí)爆開(kāi)閥門(mén)；二是可靠的工作性能，即能夠在不同環(huán)境條件下正常工作，不受外界因素的影響；三是持久的使用壽命，保證能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，避免頻繁更換，只有這樣才能保證電池安全。