主流大型制造商如何处理电池热失控的问题?

本文来源：智车技术

近年来，随着新能源汽车的逐渐普及，其销量有赶上燃油汽车的趋势。然而，当消费者购买新能源汽车时，首先要考虑的是安全问题。新能源汽车自燃和碰撞后火灾的消息都触动了消费者的神经，使许多观望用户难以做出决定。

一般来说，电动汽车的火灾和自燃往往是由其内部锂离子电池组的自燃引起的。那么，在当今新能源汽车技术的快速发展中，电池安全问题是否仍存在隐患，制造商为确保车辆的电池安全做出了什么努力呢？

锂离子电池易失控

锂离子电池对公众来说并不陌生。2019年，诺贝尔化学奖授予三位为锂离子电池的发明和发展做出杰出贡献的科学家和工程师。

一般来说，锂离子电池的内部大约分为三层，负极-电解质-正极，电流从正极流向负极。为了产生电流，锂离子电池中的锂原子需要与电子分离，迫使电子移动产生电流。具体来说，锂离子电池有两种通道，一种是分离正负两极的聚丙烯和聚乙烯的多孔隔膜。这种多孔隔膜类似于口罩中的熔喷层，可以通过锂离子，但会阻挡电子。另一种方法是通过电子产生电流。

当我们给一个电量为0的锂离子电池充电时，氧化锂会变成锂离子和电子。因为电子不能通过电解液，所以只能通过外部电路流向负极，锂离子可以通过电解液并储存在负极的石墨中。当所有的锂都运行到负极时，电池将被充电。相反，如果充电电源被负载取代，电子将通过外部电路流向正极，并与重新通过电解质的锂离子汇合成锂氧化物，放电结束。

说到这里，我觉得锂离子电池的充放电过程非常正常，似乎没有问题。事实并非如此。问题在于电池的电解质。由于锂是最活跃的金属之一，这就要求锂离子电池中不能使用水作为电解质溶剂，因此电池中锂离子的运输只能依靠醚、酯等有机溶剂。这种电解质在高温下容易蒸发，与氧气发生化学反应，导致燃烧或电池短路。尽管科学家们在正负极之间插入了一层微孔膜，但只允许锂离子通过，比电解液更耐高温。但是，如果温度上升到一定程度，或者电池受到严重冲击，隔膜也会破裂，导致电池短路，燃烧。

热失控和电失控

在谈到锂离子电池的结构原理和电池短路的可能原因后，我们可以发现锂离子电池的意外失控可以分为热失控和电失控两类。

所谓热失控，是指电池内部温度持续升高。热失控的原因有很多，主要是因为电池内部短路。短路电流会产生大量的热量，导致有机电解质分解-电池鼓包-最终电池破裂-自燃-爆炸。三星Note是几年前报道的 7手机的几起事故是由电池内的金属毛刺或隔膜破裂引起的，导致短路。

如果没有碰撞，电池内部结构或材料的缺陷也可能导致热失控。例如，正负金属极片可能有一些锋利的凸起，会划伤脆弱的隔膜，导致电池持续短路，最终导致电池热失控；或者如果电池材料有杂质，导致锂离子沉积在电极材料表面，会产生尖锐的锂枝晶体，刺穿隔膜，热失控。在各种电动汽车受到冲击后，如果电池被穿刺，也会导致电池内部短路和火灾爆炸。

如果热失控是由电池内部缺陷或外部事故引起的，那么电力失控通常来自人为因素。当电池充电时，如果电池已完全充电，但电路控制系统尚未完成充电过程或放慢充电速度，电池将过度充电，导致电力失控。

一种情况是，如果没有锂离子可以继续迁移到负极并沉积，电池中就没有锂离子部分的有机电解质会在电极上分解，产生大量气体，导致电池膨胀和爆炸。另一种是过度充电。当电池充满时，自由锂离子可以迁移到负极，负极石墨已经充满，锂离子只能沉积在石墨外侧，沉淀锂金属单质。锂金属单质会产生分支晶体，从而刺穿隔膜，导致热失控，最终导致电池自燃和爆炸。

电池安全，制造商展示自己的神通

在分析了新能源汽车电池可能出现问题的原因后，目前的技术能保证车辆的安全吗？主流大型制造商如何处理电池热失控的问题？事实上，制造商的努力一般可以分为两个方面：主动安全技术和被动安全技术。

主动安全技术是指动力电池本身质量优良，电池设计和冷却系统无缺陷，电池布置合理等。例如，当汽车电池放电时，由于温度上升非常快，需要采用主动冷却技术。上汽的一般做法是在电池组中安装液体冷却系统，以散热整个电池组。同时，还在电池之间设置了一个特殊的隔热墙，以减少电池之间的热传递。

此外，一些研发实力雄厚的大型工厂将创造性地发明新技术，以积极确保电池本身的安全，其中比亚迪的刀片电池不容忽视。单体电池作为一种新型的动力电池结构，压缩到极致，提高了空间利用率和安全性。刀片电池能有效防止短路、过热、穿刺等故障，即使在极端情况下也不会爆炸。无论如何，主动安全技术都需要考虑电池内可能出现的漏洞，并对症下药，以确保电池本身的质量和安全。

相应地，被动安全技术是逐层加固动力电池的外部，以确保电池的安全。例如，吉利发布了“神盾电池安全系统“，它是一套基于电池的结构、车辆、智能控制和云安全的集成“无盲区”安全防护系统。

沃尔沃在电池系统的传感器之间采用可靠的硬线连接，可以抵抗电磁干扰，避免信号丢失，从而降低热失控的风险。长城汽车自主开发的大禹电池技术在电池结构上进行了创新，使电池组能够抵抗最高1037°C高温不失控，保证电池在正常使用周期内不起火、不爆炸，为新能源汽车提供更高的安全保障。

总结

作为锂电池的主要消费者，新能源汽车的电池安全已成为消费者购买汽车时最重要的因素，纯电动汽车自燃和碰撞后火灾的消息加剧了用户的担忧。电池技术作为新能源汽车最昂贵、最难维修的部分，必然会为主机厂和动力电池供应商的研发付出一切努力。我相信，通过对电池安全技术的重视，新能源汽车将更加稳定，让消费者购买和使用更加放心。

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