電動車的動力來自電池，電池的安全性，如是否會著火、爆炸、導致人員觸電、釋放有害氣體，車體結構是否安全等諸多問題，都是關乎每位消費者生命安全的大事，確保安全是新能源汽車不斷提升滲透率的根本前提。

動力電池系統的產品安全性范圍包括化學安全、電氣安全、力學安全和功能安全。化學安全在電池單體設計時候就已經定型，比如如何選擇活性材料以及如何組合;電氣安全通過對電池系統里的電線、殼體和其他電器部件的絕緣來實現;力學安全則通過適當的機械設計來實現，比如特殊的房碰撞保護殼;功能安全需要通過相應的傳感器來監(jiān)測電池單體、電池控制單元和它們相關的通信接口來達到目標，執(zhí)行器是指如接通、斷開電池的繼電器。化學安全事故是電動車事故的主要來源，電芯層面主要承擔化學安全層面的職責。

統計了2017年以來新能源汽車的起火事故，從場景來看，起火的第一場景是充電，充電中和充滿電之后發(fā)生安全問題，大概占50%;第二場景是停放，部分新能源汽車在購臵后使用率偏低，或者是即將報廢車輛在沒有拆除電池包的情況下長期擱臵停放，約占20%;第三場景是行駛，約占10%;第四場景是碰撞，約占5%;第五場景是極端環(huán)境或者說惡劣天氣，出現動力電池絕緣密封性能下降，泡水后短路等故障問題，約占10%;其他場景約占5%。

導致起火事故的原因之中，首當其沖的是電芯產品問題。在電芯生產制造過程中，個別產品雜質、毛邊等質量控制未能符合要求，經過多次充放電循環(huán)過程形成析鋰導致內部短路，最終發(fā)生熱失控、熱擴散。中科院院士歐陽明高認為，部分企業(yè)為獲得補貼盲目追求高比能量，縮短電池產品測試驗證時間，技術驗證周期偏短導致了技術驗證不足、工程解決方案不成熟，是造成產品質量問題的主要原因。

除此之外，電氣連接失效和碰撞等機械傷害也會引發(fā)新能源汽車起火。在汽車使用的長期過程中，部分產品使用壽命無法充分滿足要求。例如某車型動力電池經過一段時間使用后，螺栓松動，局部電阻較大開始發(fā)熱，成為安全隱患。而碰撞是觸發(fā)動力電池熱失控的典型方式。單個電芯或模組發(fā)生熱失控，會進一步傳導至其他電芯、模組和電池包。目前動力電池有關隔熱、阻斷的機械結構設計有待進一步提高。

電池熱失控的原因機理及控制

從科學機理上講，造成鋰離子電池熱分解失控的誘因較多，有由外部出發(fā)的，如電濫用、熱濫用或者機械濫用，也有由內部出發(fā)的，如金屬雜質殘留、隔膜破損或負極上的析鋰反應導致單體損壞等。不論觸發(fā)的原因為何，其導致的結果主要是電池單體溫度升高，這會進一步引起其他單體的熱分解反應，從而產生更多熱量。這種自加速的過程被稱為熱失控(ThermalRunaway)，它導致的結果往往是不可控的單體發(fā)熱，甚至是起火。

鋰離子電池普遍采用易燃的烷基碳酸酯有機溶液作為電解液;其作為負極的石墨在充電態(tài)時化學活性接近金屬鋰：在高溫下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的鋰離子與電解液、粘接劑PVDF會發(fā)生反應，這些都伴隨著大量熱的釋放;其作為正極的過渡金屬氧化物在充電態(tài)時具有較強的氧化性，在高溫下易分解釋放出氧，釋放出的氧與電解液發(fā)生燃燒反應，繼而釋放出大量的熱。因此，在濫用的情況下，安全設計不足的鋰離子電池會有熱失控的可能，如冒煙、起火甚至爆炸等。

提升安全性有三個維度：一是材料維度;二是生產過程維度;三是電芯集成維度。材料維度上，從對熱失控過程中各反應的溫度和反應焓的統計來看，盡管負極SEI膜分解反應熱相對較小，但其反應起始溫度較低，會在一定程度上增加負極極片的“燃燒”擴散速度。更重要的是，SEI膜分解反應直接決定了電池的高溫存儲性能，因此，改善SEI膜的熱穩(wěn)定性十分必要，改善的途徑主要是通過成膜添加劑或鋰鹽增加其熱穩(wěn)定性。

另外，盡管粘接劑在負極中的重量比很小，但是其與電解液的反應熱十分可觀，因此通過減少粘接劑的量或選擇合適的粘接劑將有利于改善電池的安全性能。正極材料方面，各充電態(tài)正極材料在高溫下釋氧程度是影響其安全性能的主要因素。若對其他性能要求較高，采用核-殼結構和表面包覆也是減少正極材料與電解液的反應熱，提高電池安全性能的有效手段。電解液方面，電解質LiPF6的熱穩(wěn)定性是影響電解液熱穩(wěn)定的主要因素，因此目前主要改善方法是采用熱穩(wěn)定性更好的鋰鹽。但由于電解液本身分解的反應熱很小，對電池安全性能影響十分有限。對電池安全性影響更大的是其易燃性，降低電解液可燃性的途徑主要是采用阻燃添加劑。

盡管不同類型的電池在正極材料、隔膜等方面有一定差異，但總體思路相同，即正極材料盡量選取穩(wěn)定性好的、隔膜選取機械強度大的。此外，一旦確定了正極材料，不同電芯企業(yè)在材料方面趨同度就已很高，材料的區(qū)別很難成為不同電芯品質差異的根本來源。

生產過程的質量控制水平是各家電芯企業(yè)差距的最主要來源，制造工藝的差異集中體現在產品一致性上。鋰離子電池制造工藝復雜，工序繁多，包括合漿、涂布、輥壓分切、制片、卷繞、組裝、注液、化成和分容等。制造過程的各個工序都影響著電池的性能，各工序的誤差累積是造成單體電池性能差異的主要來源。

鋰離子電池制造過程復雜，每個工序的誤差累計成最終電池性能差異，因此過程控制十分重要。對每個過程進行優(yōu)化可提高產品一致性，其中影響較大的步驟包括電池漿料分散是否均勻、極耳、蓋板等處的焊接質量以及注液過程的精度控制等。此外，采用自動化程度高及精度高的生產線，不僅可以提高勞動效率、改善工人勞動環(huán)境，還可以節(jié)約材料、降低能耗并且大大降低生產過程中由于人為接觸造成的污染和人為操作的隨機性導致的電池不一致，從而提升產品品質。總之，提高電池一致性從根本上要提高制造工藝水平。

電芯集成維度上提升安全性主要是提高電池管理系統的水平(BMS)。在電池組使用過程中遇到的不一致性問題，可以通過BMS對電池組狀態(tài)進行控制，以抑制電池性能差異的放大。BMS可以準確估測SOC，進行動態(tài)監(jiān)測，實時采集電池的端電壓、溫度、充放電電流，防止電池發(fā)生過充或過放現象，并對電池組進行均衡管理，使單體電池狀態(tài)趨于一致，從而能在電池使用過程中改善電池組的一致性問題，提高其整體性能，并延長其使用壽命。