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动力汽车用锂离子电池的安全防护

摘要：石油短缺、环境污染气候变暖，使全球的汽车产业面对共同的挑

战，各国政府及产业界纷纷提出各自的发展战略，积极应对，以保持汽车产业

的可持续发展，并提高未来的国际竞争力。新能源汽车已成为21世纪汽车工业

的发展热点，而锂离子电池作为现今社会的主流汽车动力用电池，运用范围越

来越广。

关键词：锂离子电池；安全性问题；安全防护

1锂离子电池综述

1.1锂离子电池定义

锂离子电池是一种充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来

工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+

从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般

采用含有锂元素的材料作为电极的电池，是现代高性能电池的代表。

①按外形分，可分为方形锂离子电池、圆柱形锂离子电池、异性锂离子电

池。

②按照外部封装方式分，可分为钢铝壳电池、塑壳电池、铝塑软包电池。

③按锂离子电池正极材料的不同，可分为锰酸锂离子电池、磷酸铁锂离子

电池、磷酸亚铁锂离子电池、镍钴锂离子电池或镍钴锰锂离子电池。

④按照锂离子电池所用电解质材料的不同，可分为聚合物锂离子电池和液

态锂离子电池。

1.3锂离子电池的结构

锂离子电池由正极、负极、隔膜、电解液、安全阀、电池壳等组成。

①正极：正极物质在锰酸锂离子电池中以锰酸锂为主要原料，在磷酸铁锂

离子电池中以磷酸铁锂为主要原料，在镍钴锂离子电池中以镍钴锂为主要材

料，在镍钴锰酸锂离子电池中以镍钴锰锂为主要材料。在正极活性物质中再加

入导电剂、树脂粘合剂，并涂覆在铝基体上，呈细薄层分布。

②负极：负极活性物质是由碳材料和粘合剂的混合物再加上有机溶剂调和

制成糊状，并涂覆在铜基上，呈薄层状分布。

③隔膜：隔膜的功能是关闭和阻断通道，它一般是聚乙烯或聚丙烯材料的

微多孔膜，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。

④电解液：电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液，聚合物的则使用凝

胶状电解液。

⑤安全阀：为了保证锂离子电池使用过程中的安全，在锂电池的电池壳表

面设置安全阀，防止内部压力过高。

⑥电池壳：锂离子电池的外壳根据材料分主要有钢壳、铝壳、塑胶壳壳、

铝塑壳（软包），材料不同，不同锂离子电池的封装工艺各也不尽相同。

1.4锂离子电池的特点

锂离子电池有许多显著的特点，它的主要优点如下。

①工作电压高，锂离子电池额定工作电压为3.7V，为Ni-Cd、Ni-MH电池

的3倍。

②能量密度大，体积容量和质量容量分别可达400Wh/cm3和125Wh/kg，

最大可达500Wh/cm3。

④自放电率低，锂离子电池月自放电率仅为10%，不到Ni-

Cd＼Ni-NH自放电的一半。

⑤无记忆性，没有Ni-Cd＼Ni-NH电池一样的记忆效应。

⑥对环境无污染，称为绿色电池。

⑦可根据实际空间需要，能够制造成任意形状。

2锂离子电池的安全性问题

锂离子电池最常见的安全性问题主要有以下几种。

2.1短路问题

①外部短路时，由于外部正负极被短接或负载阻值过低，电池瞬间大电流

放电。根据P=I2R，产生巨大热量。

②内部短路，主要原因是电池内部的隔膜被穿透，正负极形成短路，产生

大电流，温度急剧上升导致隔膜熔化，进而使内部短路进一步加剧。

2.2气体性问题

①锂离子电池内部的有机电解液在大电流或高温的条件下会被气化，导致

内部压力升高达到一定程度会冲破壳体，在无安全阀或安全阀失效的情况下导

致爆炸的危险。

②在大电流充电和过充的的情况下，正极锂的氧化物也会发生氧化成金属

锂，一旦与空气直接接触，引起燃烧，有可能引燃电解液，导致气体急速膨

胀，发生爆炸。

2.3绝缘防护问题

电压这是因为动力汽车为达到较好的能量利用，动力电压不断提高，由以

往的几十伏已经提高至目前100～600V，远超过安全电压，如果锂电池的绝缘

防护做得不好，动力电池高电压将会电池金属外箱或金属车身对乘员产生电击

伤害。

2.4电路连接可靠性问题

长时间大电流工作的动力电池如有局部接触不良，或螺丝松动，接触不良

的地方内阻大，导致局部的温度急剧上升，热量会熔化导体外部的绝缘层，使

导体