涉及电池安全，如何应对无法根除的锂电热失控？

1　正极材料的安全隐患当锂离子电池使用不当时，导致电池内部温度的升高，使正极材料会发生活性物质的分解和电解液的氧化。同时，这两种反应能够产生大量的热，从而造成电池温度的进一步上升。不同的脱锂状态对活性物质晶格转变、分解温度和电池的热稳定性影响相差很大。2　负极材料的安全隐患早期使用的负极材料是金属锂，组装的电池在多次充放电后易产生锂枝晶，进而刺破隔膜，导致电池短路、漏液甚至发生爆炸。嵌锂化合物能够有效避免锂枝晶的产生，大大提高锂离子电池的安全性。随着温度的升高，嵌锂状态下的碳负极首先与电解液发生放热反应。相同的充放电条件下，电解液与嵌锂人造石墨反应的放热速率远大于与嵌锂的中间相碳微球、碳纤维、焦碳等的反应放热速率。3　隔膜与电解液的安全隐患锂离子电池的电解液为锂盐与有机溶剂的混合溶液，其中商用的锂盐为六氟磷酸锂，该材料在高温下易发生热分解，并与微量的水以及有机溶剂之间进行热化学反应，降低电解液的热稳定性。电解液有机溶剂为碳酸酯类，这类溶剂沸点、闪点较低，在高温下容易与锂盐释放PF5的反应，易被氧化。4　制造工艺中的安全隐患锂离子电池在制造过程中，电极制造、电池装配等过程都会对电池的安全性产生影响。如正极和负极混料、涂布、辊压、裁片或冲切、组装、加注电解液的量、封口、化成等诸道工序的质量控制，无一不影响电池的性能和安全性。浆料的均匀度决定了活性物质在电极上分布的均匀性，从而影响电池的安全性。浆料细度太大，电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩比较大的变化，可能出现金属锂的析出；浆料细度太小会导致电池内阻过大。涂布加热温度过低或烘干时间不足会使溶剂残留，粘结剂部分溶解，造成部分活性物质容易剥离；温度过高可能造成粘结剂炭化，活性物质脱落造成电池内部短路。5　电池使用过程中的安全隐患锂离子电池在使用过程中应该尽可能减少过充电或者过放电，特别对于单体容量高的电池，因热扰动可能会引发一系列放热副反应，导致安全性问题。

如何提升单体电芯的安全性能？尽管锂电安全无法根治，但却是可控可防的，正确面对并积极探索一些新的安全性技术，将有利于促进电池技术进步，比如提高材料/界面热稳定性，开发单体自激发热保护技术，以及系统热扩展防范技术，就可以有效改善电池系统的安全性。以下为艾新平教授在电芯安全层面的研究，可供读者参考。表面包覆。正极的热分解和它引起的析氧主要在于它和界面（电解液）的反应，于是我们可以在正极活性表面包覆热稳定的保护层。比如在高镍的正极表面包覆磷酸膜或者磷酸锂以后，可以减少高镍材料与电解液的直接接触，从而降低副反应的强度和产热。常见的包覆材料包括磷酸盐、氧化物、氟化物，也可以是一些聚合物。构建浓度梯度。高镍正极的不安全，除了本身的热稳定性不好以外，更重要的是镍对电解液的氧化分解作用非常强，而材料本身的放热量并不是那么大，但是加上电解液以后，它的产热温度和产热量是急剧提高的，原因就是电解液的界面反应占了很大的部分。如果我们将高镍作为核，用一些低镍含量的材料作为壳，让它内外有一个浓度梯度，这样就有助于降低这个材料界面的反应活性，提高电池安全性。提高SEI膜的稳定性。上文提到热失效往往是从负极SEI膜的分解开始的，如果我们采用一些方式能提高SEI膜的分解温度，提高热稳定性，对电池安全性将起到至关重要的作用。现在的研究表明，一些有机脂类，一些有机磷酸盐，甚至一些含氟的锂盐，他们都是可以有效的来提高负极SEI膜热稳定性的，提高它的分解温度。建立单体自激发热保护。它的技术原理是利用温度敏感材料切断危险温度下电极上的电子传输或离子传输，甚至关闭电池反应，从而终止产热。比如PTC材料，随着温度的升高材料会从一个良好的导电态变成一个绝缘态，切断电路。将PTC材料作为极流体的涂层或者作为电极的导电剂或者作为活性物质的表面修饰层，即可有效的实现单体电芯的自发热保护。与之类似的还有一种微球修饰隔膜，温度升高时微球发生一个熔化，封闭隔膜上的孔道导致电池反应关闭。防止热失控的诱发和蔓延才是工作重点尽管艾新平教授介绍了多种提高单体电芯安全性的思路，但正如前文所提到的，我们始终无法从工艺上保证清除所有的安全隐患。与其在电芯的工艺层面做过多纠结，不如将工作重点放在系统层面，即防止单体发生热失控以后产生系统的功能障碍，甚至是灾难性事故。

电动汽车说得再美好，电池系统不安全也是白搭，像特斯拉这么有名的电动汽车，出现事故后，不也是说燃就燃？几乎没有挽救的机会，去年几十起的案例背后隐藏着多少血与泪？电池的安全至关重要，那么如何保证电池的稳定性和安全性？相相觉得可以从两个方面着手：一，电池材料的安全性。电池材料有稳定性差点的，自然就有稳定性好的，但是不能两全其美的事情太多，稳定性好的材料，活性差，能量密度低；活性好的，能量密度高的，稳定性又差了些。寻找这种既有安全，又有高能量密度的材料，可以作为一个方向。二，电池的安全控制系统。这个可以分为日常使用系统和应急使用系统。日常使用的系统，能满足充电放电的安全性和稳定性即可，应急系统则针对电池组受到外力干扰时候，能保证电池的稳定和安全，比如极速碰撞时，电池组受到挤压时，这个应急系统可以防止电池瞬间的爆炸或者燃烧，避免引发不可挽回的损失。

锂电池的安全性归根到底一句话，就是来自于电池的热失控。锂电池除了正常的充放电反应外，还存在潜在的副反应。当电池温度过高或者充电电压过高的时候，这些副反应就会被引发，并释放大量热量。如果热量得不到及时疏散，还会引起电池温度和压力的急剧上升，形成恶性循环，最后导致热失控，造成安全事故。电池热失控究其原因还是内部出现了短路和过充的现象。比如涂层，电解液分布不均、电极间距不均会引起电流分布不均从而导致局部过充；充放电的反复体积变化等等因素都是短路的隐患。同时目前无法在工艺层面保证清除所有的安全隐患，就像世间不会有两片相同的叶子一样，因此这类问题目前无法从根本解决！尽管锂电安全无法根治，但却是可控可防的，正确面对并积极探索一些新的安全性技术，将有利于促进电池技术进步，比如提高材料，界面热稳定性，开发单体自激发热保护技术，以及系统热扩展防范技术，就可以有效改善电池系统的安全性，虽然目前始终无法从工艺上保证清除所有的安全隐患，与其在电芯的工艺层面做过多纠结，不如将工作重点放在系统层面，即防止单体发生热失控以后产生系统的功能障碍，甚至是灾难性事故。