鄭希江

摘要：新能源汽車是汽車行業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)，鋰動(dòng)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(duì)其進(jìn)行深入研究。本文針對(duì)鋰動(dòng)力電池的安全性能以及防護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；鋰動(dòng)力電池；安全性能；防護(hù)技術(shù)

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(guān)注，其中汽車的動(dòng)力以及安全性能是消費(fèi)者的關(guān)注重點(diǎn)。這就需要對(duì)鋰動(dòng)力電池進(jìn)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(jìn)行避免，為新能源汽車的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

一、鋰（）動(dòng)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(jī)制

鋰離子電池在應(yīng)用中最常見的反應(yīng)就是電池的充放電反應(yīng)，但是通過研究表明：在充放電反應(yīng)的同時(shí)還存在各種副反應(yīng)，這些反應(yīng)大多屬于放熱反應(yīng)。如果電池的溫度遠(yuǎn)大于正常值，或者充電時(shí)所接入的電壓過大，就會(huì)增加副反應(yīng)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(yīng)主要有四種：第一，電解液的還原反應(yīng)。當(dāng)溫度超過130℃時(shí)，SEI膜會(huì)發(fā)生分解，這就會(huì)導(dǎo)致電解液在裸露的高活性碳負(fù)極表面發(fā)生還原反應(yīng)，進(jìn)而放出熱量，電池溫度也會(huì)因此持續(xù)性升高。該原因是導(dǎo)致電池溫度超高的根本原因；第二，正極發(fā)生熱分解反應(yīng)。處于充電狀態(tài)的鋰電池正極會(huì)發(fā)生熱分解反應(yīng)，進(jìn)而放出熱量，電解液在活性氧的作用下會(huì)加劇分解反應(yīng)的發(fā)生，電池內(nèi)部也會(huì)因此積累更多熱量，電池?zé)崾Э馗鼮閲?yán)重；第三，電解質(zhì)的熱分解反應(yīng)。當(dāng)電解質(zhì)出現(xiàn)熱分解反應(yīng)會(huì)對(duì)電解液的分解產(chǎn)生催化作用，進(jìn)而放出更多熱量，電池升溫更為明顯；第四，粘結(jié)劑與高活性負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到240℃時(shí)，LixC6與PVDF開始發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)溫度達(dá)到290℃反應(yīng)達(dá)到峰值，反應(yīng)過程中放出的熱量約為1500J/g。

通過上述分析可知，鋰動(dòng)力電池不安全現(xiàn)象發(fā)生時(shí)副反應(yīng)的本質(zhì)是有機(jī)電解液發(fā)生氧化分解，這時(shí)電池中會(huì)有有機(jī)小分子氣體產(chǎn)生，電池內(nèi)壓因此增加，電池溫度隨之升高。如果發(fā)生放熱副反應(yīng)時(shí)鋰電池的散熱速率小于產(chǎn)熱速率，電池內(nèi)部壓力以及溫度上升非常迅猛，電池也會(huì)因此進(jìn)入到失控的自加溫狀態(tài)中，最終導(dǎo)致電池發(fā)生燃燒。由此可知，鋰電池厚度越大就會(huì)有更大的容量，其散熱速度也會(huì)更為緩慢，電池充電時(shí)的產(chǎn)熱量也更大，這就導(dǎo)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(dòng)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(dǎo)電粉塵，電池正負(fù)極發(fā)生錯(cuò)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(zhì)存在；第三，負(fù)極表面析鋰。電池充電溫度過低或者接入電流過大都會(huì)導(dǎo)致電池負(fù)極表面有鋰析出。

二、鋰動(dòng)力電池安全防護(hù)技術(shù)探究

由于鋰動(dòng)力電池在應(yīng)用中存在一定的安全隱患，就需要對(duì)電池防護(hù)技術(shù)進(jìn)行深入研究，讓電池在應(yīng)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(yīng)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(duì)防短路、防過充、防熱失控等新興技術(shù)進(jìn)行研究，讓電池的內(nèi)在安全保護(hù)機(jī)制更為完善。

（一）防止電池內(nèi)部短路

一旦電池內(nèi)部發(fā)生短路必然會(huì)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(duì)電池內(nèi)部短路問題進(jìn)行妥善解決。在實(shí)踐中可以應(yīng)用陶瓷隔膜以及負(fù)極熱電阻層，將其作為鋰動(dòng)力電池的保護(hù)涂層，避免短路事故的發(fā)生。

（二）防過充技術(shù)

防過充技術(shù)的應(yīng)用能夠在很大程度上提升鋰動(dòng)力電池的使用安全性。首先，可以選擇應(yīng)用氧化還原電對(duì)添加劑。該技術(shù)就是將一種氧化還原電對(duì)O/R添加到電解液中，如果電池處于過充狀態(tài)，R會(huì)在正極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成O，O會(huì)在電解液中向負(fù)極擴(kuò)散并被還原成R。這就能夠在電池內(nèi)部形成循環(huán)體系，充電電勢(shì)也會(huì)因此被鉗制在安全值范圍中，電解液的分解反應(yīng)會(huì)因此得到抑制，其他電極反應(yīng)發(fā)生概率也會(huì)大幅降低。從理論的角度來說，除了應(yīng)用O/R點(diǎn)對(duì)還可以對(duì)二甲基苯衍生物加以應(yīng)用，該物質(zhì)對(duì)電壓具有較為穩(wěn)定的鉗制能力，但是其溶解度相對(duì)較小，這就需要進(jìn)一步對(duì)其分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究?？赡娉潆姳Ｗo(hù)的應(yīng)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(zhǎng)的使用周期。

其次，應(yīng)用電壓熱敏隔膜。在應(yīng)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(dǎo)；如果電壓過高達(dá)到控制值，聚合物會(huì)發(fā)生氧化因而出現(xiàn)導(dǎo)電性，這就能夠在正負(fù)極之間形成導(dǎo)電橋，充電電流能夠旁路，實(shí)現(xiàn)電池過充情況的規(guī)避。

（三）防止熱失控技術(shù)

熱失控是影響鋰動(dòng)力電池安全性能的重要因素，這就需要對(duì)防止熱失控技術(shù)進(jìn)行研究，將其應(yīng)用在鋰動(dòng)力電池中。第一，溫度熱敏電極的應(yīng)用。處于常溫狀態(tài)下的溫度熱敏材料能夠與導(dǎo)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(dǎo)電性相對(duì)較好。當(dāng)溫度不斷上升達(dá)到復(fù)合物轉(zhuǎn)換溫度時(shí)，聚合物基質(zhì)會(huì)發(fā)生膨脹，材料與導(dǎo)電炭黑脫離，復(fù)合物導(dǎo)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(yīng)因此而終止，避免出現(xiàn)電池?zé)崾Э?，避免安全問題發(fā)生。值得注意的是，如果是電池內(nèi)部發(fā)生短路問題導(dǎo)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(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)離子的液相傳輸產(chǎn)生影響；如果溫度不斷升高達(dá)到材料的融化溫度，球體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成致密薄膜徹底阻礙離子傳輸，電池反應(yīng)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(zhì)發(fā)生聚合，固化電解液，阻斷離子傳輸，電池反應(yīng)終止。

三、商用化鋰動(dòng)力電池的安全注意事項(xiàng)

鋰動(dòng)力電池的安全性是使用過程中大家廣泛關(guān)注的問題。首先，對(duì)于鋰動(dòng)力電池的熱失控反應(yīng)而言，正極材料的熱分解只是其中的一部分，這就說明在對(duì)大容量鋰動(dòng)力電池進(jìn)行裝車時(shí)需要格外注意。其次，受鋰動(dòng)力電池檢測(cè)手段影響，安全性能檢測(cè)合格的電池并不代表百分百的安全。這就需要改善檢測(cè)手段，對(duì)經(jīng)過一次充放電周期的電池進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)低溫充電后的電池進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)電池模塊進(jìn)行檢測(cè)。除此之外，在對(duì)電池進(jìn)行使用時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)動(dòng)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(shí)延長(zhǎng)電池使用壽命。

四、結(jié)束語

綜上所述，對(duì)于新能源汽車來說鋰動(dòng)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(dòng)力電池安全性能的影響因素，在實(shí)踐中對(duì)其安全性能進(jìn)行優(yōu)化，保證新能源汽車的使用安全。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院）