新能源汽車鋰動力電池安全性能及防護技術研究

鄭希江

摘要：新能源汽車是汽車行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，鋰動力電池是影響新能源汽車使用性能以及安全性能的重要因素，這就需要對其進行深入研究。本文針對鋰動力電池的安全性能以及防護技術進行研究。

關鍵詞：新能源汽車；鋰動力電池；安全性能；防護技術

引言：

新能源汽車從問世到發(fā)展的過程中受到了人們的廣泛關注，其中汽車的動力以及安全性能是消費者的關注重點。這就需要對鋰動力電池進行分析，找出影響其使用安全性能的因素，并采取有效措施進行避免，為新能源汽車的發(fā)展奠定基礎。

一、鋰（）動力電池不安全現(xiàn)象的原因分析

（一）不安全現(xiàn)象的發(fā)生機制

鋰離子電池在應用中最常見的反應就是電池的充放電反應，但是通過研究表明：在充放電反應的同時還存在各種副反應，這些反應大多屬于放熱反應。如果電池的溫度遠大于正常值，或者充電時所接入的電壓過大，就會增加副反應發(fā)生的概率。鋰電池在充放電過程中出現(xiàn)的放熱副反應主要有四種：第一，電解液的還原反應。當溫度超過130℃時，SEI膜會發(fā)生分解，這就會導致電解液在裸露的高活性碳負極表面發(fā)生還原反應，進而放出熱量，電池溫度也會因此持續(xù)性升高。該原因是導致電池溫度超高的根本原因；第二，正極發(fā)生熱分解反應。處于充電狀態(tài)的鋰電池正極會發(fā)生熱分解反應，進而放出熱量，電解液在活性氧的作用下會加劇分解反應的發(fā)生，電池內部也會因此積累更多熱量，電池熱失控更為嚴重；第三，電解質的熱分解反應。當電解質出現(xiàn)熱分解反應會對電解液的分解產生催化作用，進而放出更多熱量，電池升溫更為明顯；第四，粘結劑與高活性負極發(fā)生反應。當溫度達到240℃時，LixC6與PVDF開始發(fā)生反應，當溫度達到290℃反應達到峰值，反應過程中放出的熱量約為1500J/g。

通過上述分析可知，鋰動力電池不安全現(xiàn)象發(fā)生時副反應的本質是有機電解液發(fā)生氧化分解，這時電池中會有有機小分子氣體產生，電池內壓因此增加，電池溫度隨之升高。如果發(fā)生放熱副反應時鋰電池的散熱速率小于產熱速率，電池內部壓力以及溫度上升非常迅猛，電池也會因此進入到失控的自加溫狀態(tài)中，最終導致電池發(fā)生燃燒。由此可知，鋰電池厚度越大就會有更大的容量，其散熱速度也會更為緩慢，電池充電時的產熱量也更大，這就導致電池安全問題發(fā)生的概率增加。

（二）不安全現(xiàn)象的引發(fā)因素

鋰離子動力電池之所以發(fā)生不安全現(xiàn)象，最主要的原因是短路問題的發(fā)生，通常來說短路問題是由三種原因引起的：第一，電池工藝因素。電池的隔膜表現(xiàn)有導電粉塵，電池正負極發(fā)生錯位，電池的極片有毛刺或者電解液在電池中分布不均勻；第二，制作電池的材料中有金屬雜質存在；第三，負極表面析鋰。電池充電溫度過低或者接入電流過大都會導致電池負極表面有鋰析出。

二、鋰動力電池安全防護技術探究

由于鋰動力電池在應用中存在一定的安全隱患，就需要對電池防護技術進行深入研究，讓電池在應用中具有更高的安全系數(shù)。但是常規(guī)方法包括提升材料熱穩(wěn)定性、安裝PTC限流裝置等都存在一定的應用局限性，這就使得電池的安全隱患并不能得到徹底消除。因此，要想讓不安全行為得到根本的控制，就需要對防短路、防過充、防熱失控等新興技術進行研究，讓電池的內在安全保護機制更為完善。

（一）防止電池內部短路

一旦電池內部發(fā)生短路必然會影響電池的正常使用，并因此引發(fā)一系列的不安全行為，這就需要對電池內部短路問題進行妥善解決。在實踐中可以應用陶瓷隔膜以及負極熱電阻層，將其作為鋰動力電池的保護涂層，避免短路事故的發(fā)生。

（二）防過充技術

防過充技術的應用能夠在很大程度上提升鋰動力電池的使用安全性。首先，可以選擇應用氧化還原電對添加劑。該技術就是將一種氧化還原電對O/R添加到電解液中，如果電池處于過充狀態(tài)，R會在正極上發(fā)生氧化反應生成O，O會在電解液中向負極擴散并被還原成R。這就能夠在電池內部形成循環(huán)體系，充電電勢也會因此被鉗制在安全值范圍中，電解液的分解反應會因此得到抑制，其他電極反應發(fā)生概率也會大幅降低。從理論的角度來說，除了應用O/R點對還可以對二甲基苯衍生物加以應用，該物質對電壓具有較為穩(wěn)定的鉗制能力，但是其溶解度相對較小，這就需要進一步對其分子結構進行研究?？赡娉潆姳Ｗo的應用能夠很好的解決過充問題，讓電池單體擁有平衡的容量，電池所需要具備的一致性也有所下降，電池能夠具有更長的使用周期。

其次，應用電壓熱敏隔膜。在應用中將具有電活性的聚合物填充在隔膜的微孔中，如果電壓處于正常充放電狀態(tài)，隔膜表現(xiàn)出絕緣性，只能發(fā)生離子傳導；如果電壓過高達到控制值，聚合物會發(fā)生氧化因而出現(xiàn)導電性，這就能夠在正負極之間形成導電橋，充電電流能夠旁路，實現(xiàn)電池過充情況的規(guī)避。

（三）防止熱失控技術

熱失控是影響鋰動力電池安全性能的重要因素，這就需要對防止熱失控技術進行研究，將其應用在鋰動力電池中。第一，溫度熱敏電極的應用。處于常溫狀態(tài)下的溫度熱敏材料能夠與導電炭黑具有良好的接觸性，這就形成了良好的電子傳輸通道，導電性相對較好。當溫度不斷上升達到復合物轉換溫度時，聚合物基質會發(fā)生膨脹，材料與導電炭黑脫離，復合物導電性降低。在高溫狀態(tài)下，在溫度熱敏電極中鑲嵌的溫度熱敏涂層的電阻增加，電流傳輸能夠被中斷，電池反應因此而終止，避免出現(xiàn)電池熱失控，避免安全問題發(fā)生。值得注意的是，如果是電池內部發(fā)生短路問題導致熱失控，溫度熱敏電極無法發(fā)揮作用。

第二，熱封閉電極。該方法是將納米球狀熱熔性材料作為電極或隔膜的表面修飾層。球狀顆粒在常溫狀態(tài)下堆積形成多孔結構，不會對離子的液相傳輸產生影響；如果溫度不斷升高達到材料的融化溫度，球體結構發(fā)生變化，形成致密薄膜徹底阻礙離子傳輸，電池反應因此終止。

第三，熱固化電池。該方法就是將可發(fā)生熱聚合的單體加入到電解液中。電解液溫度升高該物質發(fā)生聚合，固化電解液，阻斷離子傳輸，電池反應終止。

三、商用化鋰動力電池的安全注意事項

鋰動力電池的安全性是使用過程中大家廣泛關注的問題。首先，對于鋰動力電池的熱失控反應而言，正極材料的熱分解只是其中的一部分，這就說明在對大容量鋰動力電池進行裝車時需要格外注意。其次，受鋰動力電池檢測手段影響，安全性能檢測合格的電池并不代表百分百的安全。這就需要改善檢測手段，對經過一次充放電周期的電池進行檢測；對低溫充電后的電池進行檢測；對電池模塊進行檢測。除此之外，在對電池進行使用時，應當對動力電池所處的環(huán)境溫度加以控制，最好保持在20～45℃之間。合理的存放電池能夠讓電池的安全性得到提升，同時延長電池使用壽命。

四、結束語

綜上所述，對于新能源汽車來說鋰動力電池是其不可缺少的部分，因此電池的安全性能直接影響著整車的使用性能。通過分析我們能夠找出影響鋰動力電池安全性能的影響因素，在實踐中對其安全性能進行優(yōu)化，保證新能源汽車的使用安全。

參考文獻

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[2]龍曦，朱禹.淺析新能源汽車動力電池應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.[J]山東工業(yè)技術，2017（20）.

（作者單位：萊蕪職業(yè)技術學院）