新能源車自燃頻發(fā)，電池是如何“失控”的？

近些年，隨著新能源汽車的逐漸普及，其銷量大有趕超燃油車的趨勢。然而在消費者購買新能源汽車時，首當其沖需要考慮的便是安全問題。而一則則爆出的新能源汽車自燃、碰撞后起火的新聞無一不觸動著消費者們的神經，使得很多觀望的用戶遲遲難以做決定。

一般而言，電動汽車起火自燃往往是其內部的鋰離子電池組自燃所導致的。那么在新能源汽車技術高速發(fā)展的今天，到底是否還存在電池安全問題的隱患，為了保障車輛的電池安全，生產廠商們又做了哪些努力呢？

易失控的鋰離子電池

鋰離子電池對于大眾而言并不陌生，2019年，諾貝爾化學獎授予了三位對鋰離子電池發(fā)明和發(fā)展具有杰出貢獻的科學家與工程師。

一般來說，一塊鋰離子電池的內部大概分為三層，負極-電解液-正極，電流從正極流向負極。為了產生電流，需要將鋰離子電池中的鋰原子與電子分開，通過迫使電子的移動從而產生電流。具體來說，鋰離子電池中有兩條通路，一條是分隔開正負兩極的聚丙烯、聚乙烯的多孔隔膜，這類多孔隔膜類似口罩中的熔噴層，可以透過鋰離子，但會阻隔電子。而另一條路則是給電子通過，用以產生電流。

當我們給一塊電量為0的鋰離子電池充電時，氧化鋰會變成鋰離子和電子，由于電子不能通過電解液，只能通過外電路流向負極，而鋰離子可以從電解液中穿過，并儲存在負極的石墨里，當所有的鋰都跑到負極，電池就充電完畢。相反，如果將充電的電源換成負載，電子便會通過外電路流向正極，與重新穿過電解液的鋰離子在正極匯合，變成鋰氧化物，放電結束。

說到這里，感覺鋰離子電池的充放電過程非常正常，貌似沒有會出問題的地方。其實不然，問題就出在電池的電解液之中。由于鋰是最活潑的金屬之一，這要求鋰離子電池內部不能使用水作為電解質溶劑，那么電池內部鋰離子的運輸，只能依賴醚類、酯類等有機溶劑。這類電解液容易在高溫下蒸發(fā)，與氧氣形成化學反應，導致燃燒或電池短路。雖然科學家們在正負極之間插入了一層微孔膜，只允許鋰離子通過，比電解液更耐高溫。但如果溫度升高到某種程度或是電池遭受劇烈撞擊，隔膜也會產生破裂，從而導致電池短路，發(fā)生燃燒。

熱失控與電失控

講完了鋰離子電池的構造原理，與可能發(fā)生電池短路的原因，我們可以發(fā)現(xiàn)，可以將鋰離子電池的意外失控分為兩類，熱失控和電失控。

所謂熱失控，是指電池內部溫度持續(xù)升高。造成熱失控的原因很多，主要是由于電池內部短路。短路電流會產生大量的熱量，使得有機電解液分解-電池鼓包-最終電池破裂-自燃-爆炸。幾年前報道出來的三星Note 7手機的幾起事故，就是由于電池內部金屬毛刺或隔膜破裂，進而引發(fā)短路而造成的。

在非撞擊的情況下，電池內部結構或材料的缺陷也可能會導致熱失控。例如正極、負極的金屬極片可能存在一些切割、加工所造成的鋒利凸起，會劃傷脆弱的隔膜，從而導致電池持續(xù)性內短路，最終引發(fā)電池熱失控；亦或者如果電池材料有雜質，造成鋰離子沉積在電極材料表面，就會產生尖銳的鋰枝晶，刺破隔膜而熱失控。而各類電動汽車受到撞擊之后，如果電池被穿刺，也會造成電池內部短路從而失火爆炸。

如果說熱失控是電池內部缺陷或外界意外導致的，而電失控往往來自于人為因素。在電池充電時，如果電池已經被完全充電，但電路控制系統(tǒng)并沒有結束充電過程，或者放緩充電速度，將會使得電池過度充電，產生電失控。

一種情況是已經沒有鋰離子可以繼續(xù)遷移到負極從而沉積，那么電池內部的有機電解液將在電極上分解，從而產生大量氣體，導致電池鼓包、爆炸。另一種是過度充電。當電池充滿時，還有自由鋰離子可以遷移至負極，而負極的石墨已經被填滿，此時鋰離子只能沉積在石墨外側析出鋰金屬單質。鋰金屬單質將會產生枝晶，從而刺穿隔膜，引發(fā)熱失控，最終導致電池自燃、爆炸。

電池安全，廠商們各顯神通

分析完了新能源汽車電池可能出現(xiàn)問題的原因，那么目前的技術能夠保障車輛安全嗎？主流大廠們又是如何處理電池熱失控問題的呢？事實上，廠商們的努力大體可以分為兩個方面：主動安全技術和被動安全技術。

主動安全技術，是指動力電池本身的質量要過硬，電芯設計和冷卻系統(tǒng)沒有缺陷，電池的排布合理等等。例如當汽車電池進行放電時，由于溫度提升非?？欤枰捎弥鲃拥睦鋮s降溫技術。上汽通用的做法便是給電池包加裝液冷系統(tǒng)，從而對整塊電池包散熱。同時也在電芯之間設置了專門的隔熱墻，從而降低電芯間的熱量傳遞。

除此之外，部分研發(fā)實力較強的大廠會獨創(chuàng)性地發(fā)明新型技術，來主動保障電池自身的安全，這其中比亞迪的刀片電池必然是不可忽視的存在。作為一種新型的動力電池結構，它將單體電池壓縮到極致，提高了空間利用率和安全性。刀片電池可以有效防止短路、過熱、穿刺等故障，即使在極端情況下也不會發(fā)生爆炸。無論哪種，這樣將電池內部可能出現(xiàn)的漏洞都考慮到并對癥下藥，從而保障電池本身的質量安全，便是主動安全技術所需考慮的部分。

與之對應的，被動安全技術便是將動力電池的外部做層層加固，從而保障電池安全。例如吉利發(fā)布的“神盾電池安全系統(tǒng)“，是一套基于電池，同時融合了架構、整車、智控、云端安全的“無盲區(qū)”安全防護系統(tǒng)。

而沃爾沃則是在電池系統(tǒng)的感應器之間都采用了可靠的硬線連接，能夠抵御電磁干擾，避免信號丟失，從而降低熱失控的風險。長城汽車自主研發(fā)的大禹電池技術，則在電池結構上進行創(chuàng)新，可以讓電池包抗住最高1037°C高溫不失控，保障電池正常使用周期內不起火、不爆炸，為新能源用車提供更高的安全保障。

總結

作為鋰電池的消費大戶，新能源汽車的電池安全問題已然成為消費者買車時最為看重的因素，而之前屢屢發(fā)生的純電車自燃、碰撞后起火的新聞更是加重了用戶的擔心。作為新能源汽車最為昂貴且最難維修的部分，電池技術必然傾注了主機廠以及動力電池供應商的所有研發(fā)心血。相信通過對于電池安全技術的重視，新能源汽車定會更加穩(wěn)定，讓消費者更加放心地去購買使用。