新能源汽车锂动力电池安全性能及防护技术研究

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　　摘要：新能源汽车是汽车行业未来的发展趋势，锂动力电池是影响新能源汽车使用性能以及安全性能的重要因素，这就需要对其进行深入研究。本文针对锂动力电池的安全性能以及防护技术进行研究。
　　关键词：新能源汽车；锂动力电池；安全性能；防护技术
　　引言：
　　新能源汽车从问世到发展的过程中受到了人们的广泛关注，其中汽车的动力以及安全性能是消费者的关注重点。这就需要对锂动力电池进行分析，找出影响其使用安全性能的因素，并采取有效措施进行避免，为新能源汽车的发展奠定基础。
　　一、锂（）动力电池不安全现象的原因分析
　　（一）不安全现象的发生机制
　　锂离子电池在应用中最常见的反应就是电池的充放电反应，但是通过研究表明：在充放电反应的同时还存在各种副反应，这些反应大多属于放热反应。如果电池的温度远大于正常值，或者充电时所接入的电压过大，就会增加副反应发生的概率。锂电池在充放电过程中出现的放热副反应主要有四种：第一，电解液的还原反应。当温度超过130℃时，SEI膜会发生分解，这就会导致电解液在裸露的高活性碳负极表面发生还原反应，进而放出热量，电池温度也会因此持续性升高。该原因是导致电池温度超高的根本原因；第二，正极发生热分解反应。处于充电状态的锂电池正极会发生热分解反应，进而放出热量，电解液在活性氧的作用下会加剧分解反应的发生，电池内部也会因此积累更多热量，电池热失控更为严重；第三，电解质的热分解反应。当电解质出现热分解反应会对电解液的分解产生催化作用，进而放出更多热量，电池升温更为明显；第四，粘结剂与高活性负极发生反应。当温度达到240℃时，LixC6与PVDF开始发生反应，当温度达到290℃反应达到峰值，反应过程中放出的热量约为1500J/g。
　　通过上述分析可知，锂动力电池不安全现象发生时副反应的本质是有机电解液发生氧化分解，这时电池中会有有机小分子气体产生，电池内压因此增加，电池温度随之升高。如果发生放热副反应时锂电池的散热速率小于产热速率，电池内部压力以及温度上升非常迅猛，电池也会因此进入到失控的自加温状态中，最终导致电池发生燃烧。由此可知，锂电池厚度越大就会有更大的容量，其散热速度也会更为缓慢，电池充电时的产热量也更大，这就导致电池安全问题发生的概率增加。
　　（二）不安全现象的引发因素
　　鋰离子动力电池之所以发生不安全现象，最主要的原因是短路问题的发生，通常来说短路问题是由三种原因引起的：第一，电池工艺因素。电池的隔膜表现有导电粉尘，电池正负极发生错位，电池的极片有毛刺或者电解液在电池中分布不均匀；第二，制作电池的材料中有金属杂质存在；第三，负极表面析锂。电池充电温度过低或者接入电流过大都会导致电池负极表面有锂析出。
　　二、锂动力电池安全防护技术探究
　　由于锂动力电池在应用中存在一定的安全隐患，就需要对电池防护技术进行深入研究，让电池在应用中具有更高的安全系数。但是常规方法包括提升材料热稳定性、安装PTC限流装置等都存在一定的应用局限性，这就使得电池的安全隐患并不能得到彻底消除。因此，要想让不安全行为得到根本的控制，就需要对防短路、防过充、防热失控等新兴技术进行研究，让电池的内在安全保护机制更为完善。
　　（一）防止电池内部短路
　　一旦电池内部发生短路必然会影响电池的正常使用，并因此引发一系列的不安全行为，这就需要对电池内部短路问题进行妥善解决。在实践中可以应用陶瓷隔膜以及负极热电阻层，将其作为锂动力电池的保护涂层，避免短路事故的发生。
　　（二）防过充技术
　　防过充技术的应用能够在很大程度上提升锂动力电池的使用安全性。首先，可以选择应用氧化还原电对添加剂。该技术就是将一种氧化还原电对O/R添加到电解液中，如果电池处于过充状态，R会在正极上发生氧化反应生成O，O会在电解液中向负极扩散并被还原成R。这就能够在电池内部形成循环体系，充电电势也会因此被钳制在安全值范围中，电解液的分解反应会因此得到抑制，其他电极反应发生概率也会大幅降低。从理论的角度来说，除了应用O/R点对还可以对二甲基苯衍生物加以应用，该物质对电压具有较为稳定的钳制能力，但是其溶解度相对较小，这就需要进一步对其分子结构进行研究。可逆充电保护的应用能够很好的解决过充问题，让电池单体拥有平衡的容量，电池所需要具备的一致性也有所下降，电池能够具有更长的使用周期。
　　其次，应用电压热敏隔膜。在应用中将具有电活性的聚合物填充在隔膜的微孔中，如果电压处于正常充放电状态，隔膜表现出绝缘性，只能发生离子传导；如果电压过高达到控制值，聚合物会发生氧化因而出现导电性，这就能够在正负极之间形成导电桥，充电电流能够旁路，实现电池过充情况的规避。
　　（三）防止热失控技术
　　热失控是影响锂动力电池安全性能的重要因素，这就需要对防止热失控技术进行研究，将其应用在锂动力电池中。第一，温度热敏电极的应用。处于常温状态下的温度热敏材料能够与导电炭黑具有良好的接触性，这就形成了良好的电子传输通道，导电性相对较好。当温度不断上升达到复合物转换温度时，聚合物基质会发生膨胀，材料与导电炭黑脱离，复合物导电性降低。在高温状态下，在温度热敏电极中镶嵌的温度热敏涂层的电阻增加，电流传输能够被中断，电池反应因此而终止，避免出现电池热失控，避免安全问题发生。值得注意的是，如果是电池内部发生短路问题导致热失控，温度热敏电极无法发挥作用。
　　第二，热封闭电极。该方法是将纳米球状热熔性材料作为电极或隔膜的表面修饰层。球状颗粒在常温状态下堆积形成多孔结构，不会对离子的液相传输产生影响；如果温度不断升高达到材料的融化温度，球体结构发生变化，形成致密薄膜彻底阻碍离子传输，电池反应因此终止。
　　第三，热固化电池。该方法就是将可发生热聚合的单体加入到电解液中。电解液温度升高该物质发生聚合，固化电解液，阻断离子传输，电池反应终止。
　　三、商用化锂动力电池的安全注意事项
　　锂动力电池的安全性是使用过程中大家广泛关注的问题。首先，对于锂动力电池的热失控反应而言，正极材料的热分解只是其中的一部分，这就说明在对大容量锂动力电池进行装车时需要格外注意。其次，受锂动力电池检测手段影响，安全性能检测合格的电池并不代表百分百的安全。这就需要改善检测手段，对经过一次充放电周期的电池进行检测；对低温充电后的电池进行检测；对电池模块进行检测。除此之外，在对电池进行使用时，应当对动力电池所处的环境温度加以控制，最好保持在20～45℃之间。合理的存放电池能够让电池的安全性得到提升，同时延长电池使用寿命。
　　四、结束语
　　综上所述，对于新能源汽车来说锂动力电池是其不可缺少的部分，因此电池的安全性能直接影响着整车的使用性能。通过分析我们能够找出影响锂动力电池安全性能的影响因素，在实践中对其安全性能进行优化，保证新能源汽车的使用安全。
　　参考文献
　　[1]黄群蒸.浅议新能源汽车锂动力电池安全性能及防护.[J]变频器世界，2017（07）.
　　[2]龙曦，朱禹.浅析新能源汽车动力电池应用现状与发展趋势.[J]山东工业技术，2017（20）.
　　（作者单位：莱芜职业技术学院）
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