新能源汽車電池的防火措施

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）10-0090-02

【Abstract】The rapid development of the new energy vehicle market has made battery safety issues increasingly prominent，among which thermal runawayis the main causeof batterysafetyaccdents.This study explores theinfluence of batery design flaws and external environmentalconditions on thermalrunaway，proposes fire preventionmeasures，and provides support for the safety of battery design and use.

【Key words】new energy vehicles；power batteries；thermal runaway；fire prevention measure

1新能源汽車電池的熱失控現(xiàn)象

1.1 電池?zé)崾Э氐亩x

電池?zé)崾Э厥侵冈谕饨绛h(huán)境或內(nèi)部條件影響下，電池內(nèi)部發(fā)生劇烈的物理和化學(xué)變化，釋放大量熱量[]。電池內(nèi)部線路斷開(kāi)、電解液分解、電極材料不穩(wěn)定等多種因素相互作用，會(huì)引發(fā)這一復(fù)雜狀況。單個(gè)電池模塊熱失控受損后，熱量擴(kuò)散會(huì)影響周邊模塊，擴(kuò)大事故范圍，危及整車安全。鋰離子電池因高能量密度、輕量化等優(yōu)勢(shì)在新能源汽車中廣泛應(yīng)用，但熱失控風(fēng)險(xiǎn)較高，熱失控時(shí)通常會(huì)快速放熱、排氣，觸發(fā)因素包括機(jī)械破壞、過(guò)充過(guò)放等。深入探討該現(xiàn)象，對(duì)提高電池運(yùn)行安全性至關(guān)重要，能為新能源汽車安全使用提供技術(shù)與理論支持，保障其安全推廣[2]。

1.2 熱失控的原因分析

內(nèi)部因素方面，電池材料熱穩(wěn)定性差是熱失控最核心原因[3]。溫度過(guò)高時(shí)，電解液會(huì)發(fā)生分解，正負(fù)極材料也會(huì)發(fā)生反應(yīng)并釋放大量熱量，進(jìn)一步加劇熱失控情況；電化學(xué)反應(yīng)不穩(wěn)定，鋰枝晶生長(zhǎng)致內(nèi)部短路，溫度升高。外部干擾方面，電池過(guò)充、過(guò)放、受機(jī)械撞擊等會(huì)破壞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，增加內(nèi)部短路與熱量堆積風(fēng)險(xiǎn)；環(huán)境溫度波動(dòng)加上散熱不佳，會(huì)打破電池?zé)崃科胶猓瑹崃繜o(wú)法及時(shí)散發(fā)，進(jìn)而引發(fā)熱失控。這些因素共同作用，嚴(yán)重危害電池安全性能，帶來(lái)諸多隱患。

1.3熱失控事件對(duì)電池性能和安全性的影響

熱失控一旦出現(xiàn)，電池內(nèi)部溫度就會(huì)快速升高，導(dǎo)致電池儲(chǔ)電能力永久性下降且無(wú)法恢復(fù)，使用壽命也明顯縮短，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)變得極不穩(wěn)定，大量易燃?xì)怏w被釋放出來(lái)，使得火災(zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)大增。熱失控的高溫還影響周圍電池單元，引發(fā)連鎖反應(yīng)，致使整個(gè)電池組正常工作能力徹底喪失，熱失控釋放的巨大能量嚴(yán)重威脅車輛其他部件和乘客安全，極大破壞新能源汽車整體安全性能與市場(chǎng)聲譽(yù)。

2 電池材料與熱失控機(jī)制

2.1鋰離子電池材料的熱穩(wěn)定性探討

電池?zé)岱€(wěn)定性優(yōu)劣，由正極、負(fù)極材料及電解質(zhì)應(yīng)對(duì)高溫的分解特性緊密決定[4。市場(chǎng)上，三元鋰、磷酸鐵鋰等正極材料，高溫下內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能崩解，釋放大量熱量與氧氣，加劇熱失控風(fēng)險(xiǎn)；石墨負(fù)極材料高溫會(huì)與電解液反應(yīng)，危險(xiǎn)性遞增。電解液含易燃有機(jī)化合物，高溫分解釋放可燃?xì)怏w，是熱失控重要誘因。電池?zé)岱€(wěn)定性差時(shí)，過(guò)充、外短路等或致提前破裂。隔膜熱縮性和熔融點(diǎn)影響熱穩(wěn)定性，熔融失效會(huì)增大內(nèi)部短路可能，引發(fā)事故。深入分析材料熱穩(wěn)定性，能為電池改進(jìn)提供理論支撐。

2.2電化學(xué)不穩(wěn)定性對(duì)熱失控的貢獻(xiàn)

電池充電和放電時(shí)電極材料內(nèi)部會(huì)有嵌鋰和脫鋰的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力積累，引發(fā)電解液分解、氣體生成、金屬析出等副反應(yīng)，散發(fā)出大量熱量連續(xù)聚集。若電池過(guò)度充電、過(guò)度放電或遭受外部機(jī)械損傷，則電極和電解液接觸界面的化學(xué)反應(yīng)速度加快，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱量反應(yīng)。電池處于高溫或不正常工作環(huán)境中，內(nèi)部電化學(xué)穩(wěn)定性會(huì)降低且形成不穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)區(qū)域，容易引發(fā)連續(xù)的熱分解反應(yīng)。

2.3內(nèi)部短路現(xiàn)象的發(fā)生和影響

電池內(nèi)部短路是引起熱失控的關(guān)鍵因素之一，常由隔膜破損、內(nèi)部雜質(zhì)或機(jī)械應(yīng)力等誘發(fā)。電池內(nèi)部一旦短路，大量電流經(jīng)短路點(diǎn)迅速生熱，部分溫度急劇升高，進(jìn)而觸發(fā)電解液破裂、正負(fù)極材料反應(yīng)等一系列反應(yīng)。熱積累過(guò)程會(huì)超越電池?zé)岱€(wěn)定性極限，最終可能導(dǎo)致電池著火或爆炸，嚴(yán)重危害其安全性。探究?jī)?nèi)部短路機(jī)理，對(duì)改進(jìn)電池設(shè)計(jì)、提升安全性能至關(guān)重要。

3 防火措施的設(shè)計(jì)與實(shí)施

3.1 電池設(shè)計(jì)優(yōu)化的策略

優(yōu)化電池設(shè)計(jì)是應(yīng)對(duì)新能源汽車電池?zé)崾Э氐闹匾e措[5。熱失控有特定誘因，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分關(guān)鍵。調(diào)整電芯的間距可降低熱量傳遞效率，防止連鎖反應(yīng)；采用高熱穩(wěn)定性電解質(zhì)和隔膜材料，能提升極端條件下的安全性；增加導(dǎo)熱材料可改善散熱路徑，減弱局部溫升；模塊化設(shè)計(jì)將電芯分隔，抑制熱失控傳播；合理設(shè)計(jì)過(guò)載和過(guò)充保護(hù)電路，可避免引發(fā)熱失控；優(yōu)化封裝外殼，以提升絕緣和耐高溫能力。多種改進(jìn)方法可讓電池在高溫下穩(wěn)定運(yùn)行，靈活應(yīng)對(duì)環(huán)境變化，從根本上減少熱失控的可能，為電池安全提供可靠的技術(shù)支持。

3.2熱管理系統(tǒng)的改進(jìn)方案

研發(fā)卓越熱管理系統(tǒng)，可減少電池高溫情況發(fā)生，縮小高溫影響范圍，提升溫度穩(wěn)固性與平衡性，降低過(guò)熱失控風(fēng)險(xiǎn)。提升方案的核心是提高熱量傳導(dǎo)效率，保證溫度均勻分布，可采用先進(jìn)導(dǎo)熱材料，優(yōu)化熱接觸面結(jié)構(gòu)，促使熱量快速均勻傳導(dǎo)。提升冷卻介質(zhì)熱量轉(zhuǎn)換效果也很關(guān)鍵，采用液體、空氣和固體冷卻組合方式，可改善系統(tǒng)的冷卻性能，確保電池穩(wěn)定工作。此外，開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)的熱管理控制系統(tǒng)，獨(dú)立調(diào)節(jié)冷卻力度，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜工作環(huán)境，是提升方案的重要目標(biāo)。

3.3電池管理系統(tǒng)與故障預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用

電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)電池的溫度、電壓、電流等相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免熱失控發(fā)生，延長(zhǎng)電池的使用壽命并保障車輛正常行駛。設(shè)備內(nèi)有高科技傳感器與數(shù)據(jù)分析程序，可快速識(shí)別電池運(yùn)行異常現(xiàn)象，采取必要舉措使運(yùn)行回歸正常并調(diào)整電池工作模式。故障報(bào)警功能以無(wú)線信號(hào)或聲音提示，告知車主與管理中心，以保障問(wèn)題發(fā)現(xiàn)后盡快處理，減少意外風(fēng)險(xiǎn)并避免可能的火災(zāi)隱患。

4防火材料與安全保護(hù)措施

在提升新能源汽車電池的安全性上，防火材料與安全保護(hù)措施極為關(guān)鍵。創(chuàng)新防火材料成效顯著。高性能無(wú)機(jī)阻燃材料，如陶瓷纖維涂層、玻璃基泡沫材料，耐高溫且熱防護(hù)強(qiáng)，用于電池外殼和模組隔層能形成隔熱屏障，減緩熱失控?cái)U(kuò)散。凝膠型防火涂層材料高溫膨脹成碳化保護(hù)層，可阻擋氧氣，減少熱量釋放。添加納米金屬氧化物顆粒的防火劑能降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)。在應(yīng)用創(chuàng)新防火材料的同時(shí)，電池的日常維護(hù)與檢測(cè)也必不可少。定時(shí)維護(hù)能盡早察覺(jué)潛在風(fēng)險(xiǎn)，規(guī)范化檢測(cè)可全面了解電池運(yùn)行狀態(tài)，借助高端檢測(cè)手段能在熱失控初期預(yù)警。同時(shí)，要合理規(guī)劃維護(hù)和檢測(cè)次數(shù)，確保符合標(biāo)準(zhǔn)。此外，合理嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩珮?biāo)準(zhǔn)與法規(guī)為電池各階段劃定安全界限，降低事故概率，推動(dòng)行業(yè)良性發(fā)展。

5結(jié)束語(yǔ)

本文剖析了新能源汽車電池?zé)崾Э氐木唧w表現(xiàn)與防火方法，闡明了電化學(xué)不穩(wěn)定、設(shè)計(jì)缺陷及外界環(huán)境等因素對(duì)電池?zé)岚踩木C合影響；還提出了改進(jìn)電池設(shè)計(jì)、完善熱管理、采用先進(jìn)電池管理技術(shù)等措施，以提升電池安全性與可靠性。然而，受電池材料性能局限及外界環(huán)境多變的影響，電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)仍未徹底消除，仍存在隱性危險(xiǎn)，需更詳盡的研究與測(cè)試。當(dāng)前，電池研究面臨極端環(huán)境安全、成本與性能協(xié)調(diào)等難題。未來(lái)，應(yīng)加大對(duì)新材料、新結(jié)構(gòu)的探索，研發(fā)智能化故障預(yù)警和管理功能，開(kāi)發(fā)新測(cè)試與模擬技術(shù)，以提升電池安全水平，推動(dòng)新能源汽車行業(yè)規(guī)范發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（編輯 楊景）