“不安分”的锂电池有约束

       手机、照相机、摄像机的锂离子电池“老实了”、电动工具的锂离子电池“老实了”、电动摩托车的锂离子电池“老实了”……电动汽车电池这个家庭新成员肯定也会“老实”

    锂离子电池就像“不安分”的顽童。只有找到了顽童“多动症”的病因，才能找到管束顽童的“戒尺”。

    据吴志新主任介绍，就电池本身安全性而言，出现安全问题的基本模式有燃烧、爆炸两种，其本质是电池的热失控。锂离子电池发生热失控，主要是由电极和电解液间的化学反应引起。如在过充、过热和短路等情况下，强氧化性正极材料稳定性通常较差，易释放出氧气，而碳酸酯类电解液极易与氧气反应，放出大量的热和气体；产生的热量会进一步加速正极的分解，产生更多的氧气，促进更多放热反应的进行；同时强还原性负极的活泼性接近金属锂，与氧接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜等。温度升高与化学反应两者的相互促进、恶性循环，导致电池温度迅速升高而失控的过程，即为电池的热失控。而引起这一过程的主要外在因素，则包括电池过充电、过大电流充放电、电池外部短路、由于受外力挤压、外来物质的穿刺、内部杂质或枝晶等引起的内部短路以及受到外部高温作用等等。

    据吴志新介绍，电池的安全性取决于电池正负极活性材料及其粘结剂、隔膜、电解液等的材料体系，也取决于电池的结构设计和生产工艺过程，同时还取决于电池的使用方式和使用环境等外部因素。

    多管齐下约束“顽童”。如果从电池本身的角度而言，电动汽车电池的安全，实际上并不是一个新鲜的话题。电池行业很早就开始探索如何用多种有效的约束手段，来管教锂电池这个“调皮的孩子”。手机、照相机、摄像机的锂离子电池“老实了”、电动工具的锂离子电池“老实了”、电动摩托车的锂离子电池“老实了”……

    “动力电池是以电池组的形式应用于电动汽车，电池组由单体电池通过各种形式的串、并联构成。因此，不仅要保证单体电池的安全性，同时还要考虑电池模组和电池系统的安全性，从而形成多层次的安全技术体系”吴志新对科技日报记者详细科普了如下电动汽车电池安全保障方面的相关知识：

    电池材料方面所采取的措施和研究目标包括：研究、应用陶瓷镀层隔膜、负极热阻层等技术，防止电池内部短路；研究、采用氧化还原电对添加剂、电压敏感隔膜等技术，防止电池过充电；研究、应用温度敏感电极（PTC电极)和温度敏感电极材料，防止电池热失控；研究阻燃型或不燃型电解液，防止电池燃烧。

    电池的制造工艺方面采取的措施包括：电池生产环境的洁净度控制，防止外来杂质和金属杂质进入电池隔膜和正负极，防止电池内短路；应用先进的工艺装备和在线检测技术，保证电池生产的均匀一致性；应用先进的工艺装备，杜绝极片毛刺、极片错位等问题，防止内部短路；应用先进的工艺装备，提高电池内电解液的均匀性，防止局部过充电。

    电池结构设计方面的措施包括：优化结构设计保证极板与极耳连接的可靠性、电池的散热性能；优化电池壳体耐压强度设计和安全泄压结构设计，防止电池爆炸；采取必要措施，防止电池正负极极片与极耳短路；采取绝缘措施，防止电池带电壳体与其他单体电池或金属物体形成短路等。

    电池模组设计的安全保障措施：单体之间采取必要的绝缘措施；单体之间的连接先进的采用焊接工艺技术，保障可靠连接、降低接触电阻；电压、温度采样模块和采样线路的优化布置、可靠紧固与有效防护；模组壳体采用具有阻燃、绝缘和必要强度特性的材料，其结构设计考虑合理散热通道和电池膨胀空间；考虑电池模组之间的可靠连接方式和端子保护措施；考虑电池模组在电池组箱体内的牢固安装紧固。

    电池组设计上的安全保障措施：采用电池管理系统，有效监测每个电池单体的电压、温度、充放电电流、SOC和SOH等参数的技术状态，防止电池单体的过充、过放，实时监测电池故障，保障电池安全；采用电池管理系统或专门系统，实时监测电池绝缘状况，防止电池组及线路与车身、电池箱体等绝缘破坏；采用热管理系统，监测并控制电池组各处的温度，保证电池组中各单体电池所处温度环境的均匀性和适宜性；电池组中单体电池的容量选取、电池模组的布置，应考虑在事故状态，尽可能减缓能量释放速率，延长能量释放时间，最大限度地减小事故危害；电池组应考虑设置安全维修开关，保障维修作业时的安全性；还应考虑合理布置过流保护装置，合理限制电池组最大充放电电流，同时设置受控于电池管理系统的直流灭弧接触器，必要时能够切断电路，保证电池组的安全，同时可将电池组从电路上分解成若干个处于安全电压的部分，保障乘员的触电安全；电池箱应考虑合理的强度和刚度保护电池免受一定强度的外力的破坏；同时电池箱还应具有必要防尘、防水功能。