摘要：随着新能源汽车产业的迅猛发展，新能源汽车越来越普遍地被公众接受，市场保有量快速攀升，随之而来的是新能源汽车自燃事件频发，这使得动力电池的热失控及热安全成为各大车企研究的重点。分析当前新能源汽车热失控的反应机制及触发方式，提出热安全管理措施和热失控预警策略等，以推动动力电池热安全设计优化，提升风险预警和管控技术水平，从而保障乘员生命及财产安全，消除用户安全焦虑，促进新能源汽车产业发展。

关键词：新能源汽车；动力电池；热失控；隔热材料

 

0 引言

随着新能源汽车市场的快速发展，新能源汽车的普及程度和保有量节节攀升，全面新能源化已成为中国乃至全球汽车产业转型升级、绿色发展的主要方向及目标[1]。锂离子电池由于具有能量密度高、输出功率高、自放电率低和工作温度范围大等特点，已成为新能源汽车的主要动力电池类型，并得到广泛应用。然而，伴随着新能源汽车产业的壮大，新能源汽车安全问题也逐步显现。中国汽车技术研究中心及国家消防救援局统计的2021 年至2024 年上半年新能源汽车火灾事故数量（图1）显示，2021 年、2022年的火灾事故数量持续攀升，2022年达到峰值4 000余起。随着新能源汽车电池等的安全升级、用户安全意识的提升及法规标准的加严，2023 年、2024 年火灾事故数量呈下降趋势。尽管事故数量有所降低，但新能源汽车火灾仍对用户生命安全构成潜在威胁，依然是行业发展亟待解决的重要问题。腾讯网调查结果显示，新能源汽车火灾事故原因（图2）主要包括底盘磕碰和交通事故、充电事故、碰撞事故和电池故障等，近90%的火灾事故由动力电池热失控造成[2-3]。动力电池热失控不仅会引发用户用车安全焦虑，还会阻碍新能源汽车产业的发展。因此，动力电池热失控的反应机制、诱因、相关解决措施、安全预警策略等已成为当前各大车企的研究热点，相关研究成果对于推动我国新能源汽车产业的安全、绿色及健康发展具有重大意义。

图1 新能源汽车火灾事故数量统计

 

图2 新能源汽车火灾事故原因统计

1 热失控反应机制

动力电池在使用过程中产生的热量与其内部电化学反应速率、电流大小、正负极材料等息息相关。电池温度较高时，电池内阻升高且表现异常。当温度超过80 ℃时，动力电池单体电芯会发生热分解。其中，固体电解质界面（solid electrolyte interface, SEI）膜的分解会导致动力电池负极活性物质失去保护层，进而导致嵌入的锂金属与电解液发生副反应，使动力电池升温加剧。当温度升高至130～170 ℃时，隔膜闭孔。当温度升高至190 ℃时，隔膜收缩且熔融，造成内短路。短路产生的大电流会导致动力电池快速升温，进而导致电解液和正极材料的分解[3]。综上所述，当动力电池发生热失控时，其正负极材料分解并与电解液反应释放热量及气体，同时电解液分解、SEI膜分解、隔膜材料熔化等会产生不可控的化学反应，进而造成热安全事故。

 

2 热失控诱因

动力电池热失控诱因可归纳为机械滥用、热滥用、电气滥用和其他滥用4种类型，具体如下。

（1）机械滥用。指的是动力电池在使用过程中受到挤压、针刺、冲击等，导致电芯变形、隔膜破损，进而导致正负极直接接触，引发内短路，产生大量热量。动力电池自身也可能出现跌落、碰撞、高频振动等情况，造成动力电池内部结构连接松动或材料疲劳损伤，从而引发内短路或电解液泄漏，导致热失控。某车型机械滥用案例如图3所示。

图3 某车型机械滥用案例

 

（2）热滥用。指的是动力电池遇热或其模组热管理设计不合理等[4]导致温度超过安全阈值。具体而言，当动力电池在高温环境中工作或被外部热源加热时，其接触电阻增大，产生异常的电阻热。当动力电池热管理结构及使用策略设计不合理时，动力电池在工作过程中会出现热量堆积，进而导致局部温度过高，使其热稳定性受到影响。

 

（3）电气滥用。包含过充电、过放电、高倍率充放电和内短路等问题。过充电时，正极材料的副反应释放大量热量。过放电时，负极材料结构被破坏，导致内短路及高倍率充放电时性能恶化，进而导致电芯内阻增大，产生大量热量，造成内部SEI膜结构坍塌。过度充放电还会造成锂离子电池负极负载过大，过多的锂离子因无法顺利脱嵌而生成锂枝晶并穿透隔膜材料，造成内短路[5]。此外，电气滥用还会造成动力电池内部锂离子迁移运动紊乱，使得动力电池电解质或电解液等发生分解，从而产生更多热量。

 

（4）其他滥用。除上述3 种诱因外，动力电池在高温、低温及高湿等极端恶劣环境中循环充放电，会加速老化和退化，破坏电解质结构稳定性，导致正负极材料和电解液中活性物质的分解等，造成电芯内部产气、内阻增大及锂枝晶生长等问题。同时，动力电池系统和电芯中混入的杂质及隔膜等表面残留的粉尘，也会间接造成动力电池短路，诱发热失控。

 

3 热失控应对措施

为减少新能源汽车锂离子动力电池热失控事故，保障用户的生命及财产安全，我国制定并强制执行电动汽车及动力电池安全相关国家标准，如GB 38031—2025《电动汽车用动力蓄电池安全要求》规定了新能源汽车动力电池组和电芯的安全要求及测试方法，以更好地预防锂离子动力电池热失控的发生。当前，国内外采取的动力电池热失控防护措施主要集中在内外部防护系统及新材料应用、电池管理系统优化、生产制造质量和工艺改善等方面，具体如下。

 

3.1 内外部防护系统及新材料应用

优化动力电池结构设计和材料，如增加底护板、采用高强钢和缓冲材料，可增强动力电池底部抗碰撞和整体抗冲击、抗挤压的能力。此设计方案已得到验证。例如，行业内某款动力电池因搭载底护板和采用新材料，相比于采用传统钣金材料并结合PVC 涂层的动力电池，具有更高的抗底部球击和刮擦能力，在300 J 的撞击能量下动力电池外壳能够不破裂，性能优于行业平均水平。

 

目前，国内外动力电池防火设计主要采用预氧化纤维气凝胶、玻璃纤维气凝胶及陶瓷纤维气凝胶等隔热材料[6]。气凝胶是一种具有纳米多孔结构的轻质材料，由于具有较高孔隙率（80%～99.8%）、较高比表面积（500～1 200 m2/g） 及极低热导率［0.013～0.025 W /(m·K)］，因此常被应用于航空航天、建筑和新能源汽车。不过，由于气凝胶自身存在结构均匀性差、强度低、性能边界有限和制造成本高的缺点，因此新型复合相变隔热材料被逐渐应用于动力电池隔热技术中。以市场上某款复合相变隔热材料为例，其相对于气凝胶具有低温传热、中温吸热和高温隔热的特性。利用低温传热特性可提高动力电池充放电过程中模组和电芯间温度的均匀性，从而提高电芯的温度一致性；利用中温吸热特性（即复合材料相变转化）可吸收热失控引发的过程中的部分热量；利用高温隔热特性可阻断某一电芯热失控引发的向其他电芯的热蔓延[7]。同时，各大电芯及原材料厂商通过对材料进行改性，如使用热稳定性更高的正极材料，开发耐高温的电解液和隔热膜，降低动力电池受到针刺和挤压时损坏的风险；设计泄压阀及排气通道，以防止动力电池内部压力过高导致起火、爆炸等。表1 是基于相关文献及市场使用情况，对不同隔热材料性能的对比。

 

表1 不同隔热材料性能对比

 

3.2 电池管理系统优化

通过优化电池管理系统（battery management system,BMS）完善热失控防控措施，具体如下。

（1）实时监控电池内部各区域的温度，及时识别温度异常区域。

（2）将冷却与加热系统结合进行高效热管理，确保动力电池在适宜温度下工作。

（3）实施过充过放防护和电流限制，避免因出现过大电流而引发热量积聚。

（4）通过数据分析进行故障预警和快速定位，及时采取隔离和断电措施，优化热管理策略，提升防控能力。

（5）在热失控风险较高时自动切断电路，防止事故，同时可触发声光报警，提醒用户采取应急措施。

 

3.3 生产制造质量和工艺改善

通过改善生产制造质量和工艺，提升电芯和动力电池系统的整体安全性，降低热失控风险。

 

3.3.1 生产制造质量改善

（1）通过提升涂布均匀性，避免局部过热。

（2）优化极片压实密度，在降低电芯内阻的同时减少热量积累。

（3）提升焊接工艺质量，确保连接结构牢固，降低接触电阻，减少发热。

（4）采用高强度封装材料和先进工艺，提升电池机械强度和能量密度，避免电芯漏液引发热失控。

（5）加入质量控制和检测流程，引入在线检测技术，实时监控生产过程中的关键参数。具体措施如下：严格控制电芯一致性，确保电池均衡性；开展电芯老化和热失控测试，确保电池在极端条件下的安全性。

 

3.3.2 工艺改善

（1）电芯。对正负极材料进行改性，如选用高镍作为正极材料，选用硅碳作为负极材料，提升电芯热稳定性；采用阻燃或固态电解质，降低电芯易燃性；使用陶瓷涂层隔膜等耐高温隔膜，防止高温收缩导致的短路。

（2）电池。通过优化电池热管理设计，确保电池散热和受热均匀，避免局部过热；采用导热胶或相变材料等高导热材料，提升散热效率。还可加强工艺创新，如采用干电极工艺，减少溶剂的使用，提升电池性能和安全性；采用预锂化技术，提升首次充放电效率，减少副反应和热量的产生。

 

4 结束语

动力电池热失控是一个极其复杂的问题，涉及多种原因及模式。本文提出可采用内外部防护系统及新材料应用、电池管理系统优化、生产制造质量和工艺改善等措施，有效预防或降低热失控风险，提升动力电池安全性，进而为提升整车安全性做出贡献。

 

来源：Internet

关键词： 动力电池 热安全