一、前言

自鋰離子電池誕生開始，安全性便一直是限制其使用場景的重要問題。早在1987年，加拿大公司Moli Energy基于金屬鋰負極和MoS2正極推出了第一款商業化的金屬鋰電池，該款電池在1989年春末發生了多起爆炸事件，直接導致了公司破產，也促使行業轉向發展更穩定地使用插層化合物作為負極的鋰離子電池。

鋰離子電池進入消費電子領域后，多次出現了因電池火災隱患而開展的大規模召回計劃，2016年韓國三星公司的Note7手機在全球發生多起火災和爆炸事故，除了引起全球性的召回計劃外，“鋰電池安全性”再次成為廣受關注的社會話題。

在電動交通領域，動力電池的安全性事故伴隨著新能源汽車銷售量的提升逐漸增加，據統計，中國在2021年有報道的電動車火災、燃燒事故超過200起，電動汽車安全性成為消費者和電動車企最關心的問題之一。

在儲能領域，韓國在2017—2021年期間發生了超過30起儲能電站事故，2021年4月16日北京大紅門儲能電站爆炸事故除導致整個電站燒毀外還造成2名消防員犧牲、1名員工失蹤。隨著鋰離子電池的應用場景日益擴大，其安全性在工業界和學術界均引發了廣泛的討論和研究。

二、動力電池系統、電芯的組成

1.動力電池系統

動力電池系統即我們常說的車用電池包，一般由電芯（或一小組單體電芯組成的模組），BMS（電源管理系統），結構件（箱體、導線、接插件等）和熱管理系統組成。

電芯是指動力電池的單體，一般是3.2V或3.6V的單節鋰離子電池，是發生漏夜、起火、爆炸等反應的元件。BMS是監控電芯溫度、電壓，并以此判斷電芯狀態，與整車控制器/充電樁信號交互，進一步控制充放電行為的元件。

熱管理系統是對電池進行加熱或降溫，以保證電芯處于適宜溫度的元件。結構件是上述元件的載體或接口，用于支撐、安裝、防護內部元件，并提供充放電接口。

2.電芯

電芯就是單節的鋰離子電池，由正極片、負極片、隔膜、電解液和結構件組成。詳細見下表。

三、熱失控的誘因

對于鋰離子電池來說，失效反應的原因無外乎三個：內部短路、高溫、過（電）壓。這三個因素導致溫度達到一定程度后，觸發內部一系列的化學反應，進一步產生熱量、氣體，以致起火、爆炸。（最終都是歸結到溫度上，因此電芯的失效反應被稱為“熱失控”）

可以發現，一般情況下120℃及以下的溫度，都是安全溫度（不會發生起火、爆炸），60-120℃是鋰離子電池劣化但安全的溫度。導致發生起火、爆炸是需要瞬間達到120℃以上的，才是上圖中的“誘因”。

1）內部短路，就是內部有異物將隔膜刺穿（僅10微米厚），導致內部正負極直接接觸，瞬間產生大量的熱量，這也是電池自燃的根本原因；

2）過充（過壓），一般是三元正極材料過充至5.0-5.2V之間時，會具有強烈的氧化性，氧化電解液/隔膜，瞬間產生大量的熱量；

3）高溫，極端條件下從外部將電池包加熱到120℃以上，或電池殼體的局部在瞬間接受到大量的熱量（例如外電路通過殼體短路）。

除了上述三點外，其他的因素都不會導致鋰離子電池的起火、爆炸；也可以說其他濫用因素都是這三者的變形，下文將逐一說明。

四、引發自燃的條件

按照GBT31485中的濫用測試，以目前的電芯技術狀態，一般都能通過的有以下幾種：

而以目前技術條件，比較難通過的有以下幾種：

可以發現，通過外部條件引發鋰離子電池的劇烈反應還是比較難的（液壓機擠壓、針刺或大幅度過充）。但為什么還是會發生電池的自燃呢？筆者將其條件進行了梳理，如下：

可以發現，在沒有嚴重事故的情況下，電池包自燃的根本原因在于加工控制問題（內部短路、BMS失效或絕緣失效）。





審核編輯：劉清