為什么正極對(duì)電池安全性影響最大？為什么電動(dòng)汽車(chē)一般只起火不爆炸？

汽車(chē)人參考分析統(tǒng)計(jì)過(guò)2018年電動(dòng)汽車(chē)起火事故（2018年快結(jié)束了，哪些電動(dòng)汽車(chē)“火”了），這里借用武漢大學(xué)艾新平教授在電動(dòng)汽車(chē)2019百人會(huì)論壇的發(fā)言，進(jìn)一步闡述電池發(fā)生熱失控而導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)起火的原因，僅供參考。

電池?zé)崾Э匕l(fā)生機(jī)制

當(dāng)鋰離子電池溫度過(guò)高或充電電壓過(guò)高時(shí)，會(huì)引發(fā)很多潛在的放熱副反應(yīng)，這些熱量如果得不到疏散，就會(huì)引起電池溫度和壓力急劇上升，最后導(dǎo)致電池?zé)崾Э亍?br/>

如上圖所示，電池發(fā)生熱失控時(shí)，由于正極在電池中所占的質(zhì)量比大，其放出的熱量也最大，因此不同正極的鋰離子電池安全性不一樣。

由于負(fù)極表面SEI膜不穩(wěn)定，當(dāng)溫度達(dá)到120-140度時(shí)候，會(huì)首先發(fā)生熱分解。SEI膜分解會(huì)使得負(fù)極裸露，直接與電解液接觸，發(fā)生劇烈的還原反應(yīng)，并放出大量可燃性氣體，同時(shí)釋放出大量的熱。

熱量會(huì)促使電池溫度進(jìn)一步上升，當(dāng)達(dá)到180-200度時(shí)候，正極開(kāi)始發(fā)生分解。

正極分解過(guò)程中會(huì)釋放原子態(tài)的氧，原子態(tài)的氧來(lái)不及負(fù)荷，活性很高，它會(huì)直接導(dǎo)致電解液劇烈氧化分解，產(chǎn)生巨大的熱量，短時(shí)間內(nèi)造成電池內(nèi)部大量熱量的積累。

當(dāng)電池的散熱低于產(chǎn)熱，溫度就會(huì)升高，反應(yīng)的速度也會(huì)呈指數(shù)性增大，電池會(huì)進(jìn)入沒(méi)法控制的自加溫狀態(tài)，即發(fā)生熱失控。

需要進(jìn)一步指出，因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)一般都有安全閥，當(dāng)電池壓力達(dá)到6-8個(gè)大氣壓的時(shí)會(huì)泄壓。在泄壓過(guò)程中，電解液的閃點(diǎn)很低（十幾度到三十多度），電解液蒸汽在噴出時(shí)，跟安全閥的摩擦足以導(dǎo)致電池燃燒，這就是為什么電動(dòng)汽車(chē)一般發(fā)生起火而不爆炸的原因。

從上圖可以看到，不同正極材料的熱穩(wěn)定性不同。比如磷酸鐵鋰在200-400度范圍內(nèi)，基本不發(fā)生熱分解，但對(duì)三元材料分解溫度更低。

從上圖也可以看到，隨著鎳含量的增加，高鎳三元正極熱分解溫度越來(lái)越低，放熱量越來(lái)越大。比如當(dāng)鎳含量達(dá)到0.8（811）時(shí)候，溫度在120度左右就開(kāi)始發(fā)生熱分解。

一般認(rèn)為熱失控的起發(fā)原因，第一個(gè)反應(yīng)是負(fù)極的熱失控，但是對(duì)三元來(lái)說(shuō)，它有可能是正極先發(fā)生熱失控，然后負(fù)極再發(fā)生熱失控。

電池?zé)崾Э氐囊l(fā)因素

短路和過(guò)充是引起電池溫升，最后引發(fā)電池?zé)崾Э氐脑颉?br/>
首先是短路，隔膜和電極表面的導(dǎo)電粉塵，正負(fù)極發(fā)生錯(cuò)位，極片毛刺，電解液分布不均導(dǎo)致局部析鋰等，會(huì)導(dǎo)致短路；

其次，正極材料中含有一定的金屬雜質(zhì)，在充電的時(shí)候，金屬雜質(zhì)會(huì)對(duì)正極發(fā)生氧化溶解，溶解在電解液中的金屬離子，會(huì)在負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)而沉積在負(fù)極表面上，會(huì)導(dǎo)致電池的短路。

對(duì)于過(guò)充，大量的充電會(huì)導(dǎo)致局部過(guò)充，因?yàn)闃O片表面電流分布并不均勻，電流越大，它的不均勻分布越大，有可能局部過(guò)充。

極片涂層，電解液分布不均，電極間距不均，都會(huì)引起電流分布不均和局部過(guò)充。

在循環(huán)過(guò)程中，正極的性能衰竭過(guò)快，加上正極的容量少了，也會(huì)導(dǎo)致過(guò)充。BMS死機(jī)或者功能障礙，或者充電繼電器不能正常工作，這些都會(huì)導(dǎo)致過(guò)充。

電池?zé)崾Э匕l(fā)展過(guò)程

電池發(fā)生熱失控是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，首先單體因?yàn)槎搪返仍蛞馃崾Э?，?dǎo)致整個(gè)模塊的熱失控，模塊熱失控又引起臨界模塊的熱失控，這樣傳遞下去，最后導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的熱失控。（完）