最近電動(dòng)車(chē)燒的有點(diǎn)猛，各個(gè)院士、專(zhuān)家、學(xué)者們也紛紛開(kāi)始對(duì)安全性進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的探討，也得出了一些方向性的建議和指導(dǎo)。本系列將從動(dòng)力電池的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試等過(guò)程一一分析影響電池安全的各個(gè)因素，希望能起到拋轉(zhuǎn)引玉的一個(gè)目的，畢竟，電動(dòng)汽車(chē)的安全性是一個(gè)系統(tǒng)的工程，并不能一蹴而就。本文將從動(dòng)力電池的原材料開(kāi)始，對(duì)動(dòng)力電池的安全性進(jìn)行一一的分析，希望能引起大家的共鳴。

1、正極材料

雜質(zhì)含量：雜質(zhì)含量包含金屬和非金屬，雜質(zhì)越多，自放電的可能性會(huì)越大，如果顆粒過(guò)大，隨著電池的使用，此顆粒有可能會(huì)越來(lái)越大，最終導(dǎo)致電池的短路，因而不管是正極材料廠(chǎng)家還是電池廠(chǎng)，都會(huì)采取一定的措施去控制原材料的雜質(zhì)含量，例如燒結(jié)設(shè)備的選擇，從金屬更換為非金屬，制作完成時(shí)也會(huì)有除雜的過(guò)程；在電池廠(chǎng)時(shí)也會(huì)有相關(guān)的檢測(cè)手段和設(shè)備，使用時(shí)也得嚴(yán)格控制環(huán)境的粉塵等級(jí)等等，都是有效的防止雜質(zhì)含量提高的手段；

磁性物質(zhì)含量：主要是金屬雜質(zhì)中具有磁性的物質(zhì)，這些物質(zhì)如果含量過(guò)高，在使用過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)個(gè)的活性位點(diǎn)，不斷的沉積最終導(dǎo)致電池的內(nèi)部短路，因而需要嚴(yán)格的把控，目前材料廠(chǎng)都會(huì)對(duì)自己所生產(chǎn)的原材料進(jìn)行除磁，最終的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)也很?chē)?yán)格，一般是ppb級(jí)別，檢測(cè)方法一般是ICP法，在此就不在詳述，有興趣的小伙伴們可以查閱相關(guān)的資料；

熱穩(wěn)定性：隨著三元材料中鎳含量的升高，正極材料的熱穩(wěn)定性會(huì)隨之降低，這個(gè)一般用DSC或ARC去測(cè)量，溫度過(guò)高導(dǎo)致正極材料的分解、釋氧，引發(fā)熱失控，所以對(duì)于這個(gè)指標(biāo)，實(shí)際上是有兩層意義，一方面，可以通過(guò)包覆、摻雜的方法提高正極材料的熱穩(wěn)定性；另一方面，可以通過(guò)控制電池的溫度使用范圍，去讓電池達(dá)到一個(gè)合理的使用區(qū)間；

2、負(fù)極材料

和正極材料一樣，也是有雜質(zhì)含量、磁性物質(zhì)含量以及熱穩(wěn)定性的要求，具體的影響機(jī)理和正極是類(lèi)似的，在此不再詳述。

3、隔膜

隔膜作為主要的關(guān)鍵原材料，其很多指標(biāo)都和安全直接相關(guān)；

穿刺強(qiáng)度：穿刺強(qiáng)度的大小直接影響著電池發(fā)生內(nèi)部短路的可能性，理想狀態(tài)當(dāng)然是越大越好，但對(duì)于干法、濕法以及有涂層的隔膜來(lái)說(shuō)是有區(qū)別的，隨著技術(shù)水平的提高，隔膜的厚度是越來(lái)越薄，涂覆的東西也是越來(lái)越多，主流還是陶瓷，也有各自膠、甚至有導(dǎo)電劑等等，這些都能在一定程度上提高隔膜的穿刺強(qiáng)度。

動(dòng)力電池安全設(shè)計(jì)系列之一原材料選擇

抗拉強(qiáng)度：對(duì)于卷繞型電芯而言，隨著電池循環(huán)的不斷進(jìn)行，邊角處的應(yīng)力會(huì)隨著正負(fù)極的不斷膨脹而增大，所以對(duì)于隔膜的抗拉強(qiáng)度要求也是逐漸提高的，要求電池在整個(gè)使用周期內(nèi)是安全的，實(shí)際上對(duì)于隔膜的要求也是很高的。

熱收縮性：這個(gè)指標(biāo)也很關(guān)鍵，對(duì)于動(dòng)力電池的使用，不僅僅是在常溫的情況下使用，其外部環(huán)境的變化，內(nèi)部產(chǎn)熱的變化，都會(huì)對(duì)隔膜橫向和縱向的收縮帶來(lái)影響，現(xiàn)在普遍的標(biāo)準(zhǔn)為105℃30min，一些企業(yè)的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)會(huì)比這個(gè)更高，這就要求隔膜企業(yè)對(duì)于隔膜的材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、涂覆材料的種類(lèi)等等進(jìn)行深入的研究，生產(chǎn)出更適應(yīng)高能量密度電池的隔膜。

動(dòng)力電池安全設(shè)計(jì)系列之一原材料選擇

閉孔溫度：這個(gè)指標(biāo)主要衡量的是隔膜在極端情況下的安全性能，也是一個(gè)很關(guān)鍵的指標(biāo)，不同的材質(zhì)是有不同的閉孔溫度，干法和濕法也是有區(qū)別的。

動(dòng)力電池安全設(shè)計(jì)系列之一原材料選擇

4、電解液

對(duì)于鋰離子電池的血液——電解液而言，其很多參數(shù)也和安全性是直接相關(guān)的，例如電解液的純度、雜質(zhì)含量等等，與正負(fù)極材料的相關(guān)參數(shù)也是類(lèi)似的，現(xiàn)在主要講一下與正負(fù)極材料不同的部分。

熱穩(wěn)定性：電解液的熱穩(wěn)定性與電池的安全直接相關(guān)，在電池發(fā)生熱失效的情況下，電解液的熱穩(wěn)定性不足將會(huì)直接導(dǎo)致電池的起火爆炸，因而，目前，不燃電解液、惰性添加劑的研究是電解液的一個(gè)方向。

動(dòng)力電池安全設(shè)計(jì)系列之一原材料選擇

電化學(xué)穩(wěn)定窗口：這個(gè)參數(shù)直接關(guān)系到電池的上限電壓以及安全電壓，隨著能量密度的提高，電池的上限電壓也越來(lái)越高，所以相關(guān)的研究熱點(diǎn)也在如何提高電解液的高電壓穩(wěn)定性以及和材料界面的相容性上。

動(dòng)力電池安全設(shè)計(jì)系列之一原材料選擇

5、其他材料

導(dǎo)電劑：

雜質(zhì)含量是一個(gè)很重要的指標(biāo)，很多導(dǎo)電劑在制作過(guò)程中是會(huì)引入金屬離子雜質(zhì)的，所以在使用時(shí)要控制雜質(zhì)的含量；

溶劑：

NMP、純水等的雜質(zhì)含量；

粘結(jié)劑：

雜質(zhì)含量；

膠：

雜質(zhì)含量、分解溫度、耐高壓性能等等，都是與安全相關(guān)的性能；

膠帶、保護(hù)套等：

雜質(zhì)含量、耐高溫性能、耐電解液性能等等，也直接與安全相關(guān)；

鋁塑膜、電池殼、蓋、極耳等：

雜質(zhì)含量，鋁塑膜的耐腐蝕性能等等，都是需要關(guān)注的地方；

小結(jié)：

隨著動(dòng)力電池能量密度的提高，安全性隨之降低，本次主要從電池的原材料出發(fā)，簡(jiǎn)單介紹了一下與安全相關(guān)的指標(biāo)，對(duì)于動(dòng)力電池設(shè)計(jì)過(guò)程而言，其實(shí)是一個(gè)平衡的過(guò)程，怎么在安全和電性能之間做出一個(gè)平衡，需要廣大鋰電同仁們一直努力，才能做出高安全性、高能量密度的電池。