為什么正極對電池安全性影響最大？為什么電動汽車一般只起火不爆炸？

汽車人參考分析統(tǒng)計過2018年電動汽車起火事故（2018年快結(jié)束了，哪些電動汽車“火”了），這里借用武漢大學艾新平教授在電動汽車2019百人會論壇的發(fā)言，進一步闡述電池發(fā)生熱失控而導致電動汽車起火的原因，僅供參考。

電池熱失控發(fā)生機制

當鋰離子電池溫度過高或充電電壓過高時，會引發(fā)很多潛在的放熱副反應(yīng)，這些熱量如果得不到疏散，就會引起電池溫度和壓力急劇上升，最后導致電池熱失控。

如上圖所示，電池發(fā)生熱失控時，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。

由于負極表面SEI膜不穩(wěn)定，當溫度達到120-140度時候，會首先發(fā)生熱分解。SEI膜分解會使得負極裸露，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，同時釋放出大量的熱。

熱量會促使電池溫度進一步上升，當達到180-200度時候，正極開始發(fā)生分解。

正極分解過程中會釋放原子態(tài)的氧，原子態(tài)的氧來不及負荷，活性很高，它會直接導致電解液劇烈氧化分解，產(chǎn)生巨大的熱量，短時間內(nèi)造成電池內(nèi)部大量熱量的積累。

當電池的散熱低于產(chǎn)熱，溫度就會升高，反應(yīng)的速度也會呈指數(shù)性增大，電池會進入沒法控制的自加溫狀態(tài)，即發(fā)生熱失控。

需要進一步指出，因為電動汽車一般都有安全閥，當電池壓力達到6-8個大氣壓的時會泄壓。在泄壓過程中，電解液的閃點很低（十幾度到三十多度），電解液蒸汽在噴出時，跟安全閥的摩擦足以導致電池燃燒，這就是為什么電動汽車一般發(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越低，放熱量越來越大。比如當鎳含量達到0.8（811）時候，溫度在120度左右就開始發(fā)生熱分解。

一般認為熱失控的起發(fā)原因，第一個反應(yīng)是負極的熱失控，但是對三元來說，它有可能是正極先發(fā)生熱失控，然后負極再發(fā)生熱失控。

電池熱失控的引發(fā)因素

短路和過充是引起電池溫升，最后引發(fā)電池熱失控的原因。

首先是短路，隔膜和電極表面的導電粉塵，正負極發(fā)生錯位，極片毛刺，電解液分布不均導致局部析鋰等，會導致短路；

其次，正極材料中含有一定的金屬雜質(zhì)，在充電的時候，金屬雜質(zhì)會對正極發(fā)生氧化溶解，溶解在電解液中的金屬離子，會在負極發(fā)生還原反應(yīng)而沉積在負極表面上，會導致電池的短路。

對于過充，大量的充電會導致局部過充，因為極片表面電流分布并不均勻，電流越大，它的不均勻分布越大，有可能局部過充。

極片涂層，電解液分布不均，電極間距不均，都會引起電流分布不均和局部過充。

在循環(huán)過程中，正極的性能衰竭過快，加上正極的容量少了，也會導致過充。BMS死機或者功能障礙，或者充電繼電器不能正常工作，這些都會導致過充。

電池熱失控發(fā)展過程

電池發(fā)生熱失控是一個長時間的過程，首先單體因為短路等原因引起熱失控，導致整個模塊的熱失控，模塊熱失控又引起臨界模塊的熱失控，這樣傳遞下去，最后導致整個系統(tǒng)的熱失控。（完）