论电池包安全性：“要么不出事，要么出大事”

好奇实验室针对威马电池包的暴力测试视频，

好几天前我就看过，实验本身是没有问题。

视频里介绍说，好奇实验室是在《GB/T 31467.3-2015电动汽车锂离子动力蓄电池包和系统 第三部分：安全性要求与测试方法》的指导下完成的测试，方法与内容大体跟国标类似，所以测试结果能够反应电池包的性能，结论也是靠谱的。

而我在本文中想要表达的是：

为什么对于电动汽车，我们需要制定这么严格详细的测试以保证其安全性？

实际上，电动汽车是比燃油汽车更为危险，电池比起燃油箱更加易燃易爆炸。因为燃油箱只要没有明火，不管碰撞有多激烈，是不会着火的；即使燃油车着火，也不会发生爆炸，因为燃油箱一般都是塑料，箱内不会聚集大量的热量。

但是我们经常可以看到电动汽车在发生碰撞的情况下起火的新闻，比如特斯拉碰撞后起火，比亚迪着火等等。其实不仅仅是电动汽车，手机用锂电池，也是可以发生爆炸的，有时候也能在新闻里看到电池充电发生爆炸导致毁容或者死伤的事故。

那么为什么电池看上去人畜无害，却是这么的危险？

这一切可能得从锂元素说起！

在元素周期表上，锂的位置在左上方，意味着元素活跃，不稳定。在金属活动性里，锂是现已知元素里最强的，金属活动性和电极电势有关。锂跟水迅速反应，并释放出氢气；锂跟氧气能够自发或者加热反应，发生猛烈的燃烧。

锂元素的这种特性也使他在上世纪三四十年代开始用在了电池里，锂电池开路电压高，工作温度范围宽，放电平衡，成为了很有前途的动力电池。锂元素的活泼化学特性，使得锂电池在加工，生产，使用过程对“安全”的要求很高。

锂电池的安全性

锂电池近年来广泛的用作驱动汽车的能源，尽管一开始锂电池并不是用来驱动汽车的，但是目前看来，相比其他电池，锂电池在能量密度以及动力需求方面，仍然比其他电池要好。

作为驱动汽车的能源，锂电池算不错的了

上图是驱动汽车所用能源能量密度于能效对比，包括了电池，燃料电池以及内燃机；目前内燃机仍然是高高在上，是霸主，在电池里能接近内燃机的，不算燃料电池，只有锂电池了。

虽然用作能源驱动汽车锂电池比其他的的电池更合适，但是锂电池一旦发生事故，后果也比其他种类电池严重：第一是因为锂电池能量密度高，一旦失效，释放的热量也高；第二是因为锂电池中还会使用可燃的电解质，一旦接触空气会产生更多热量。

大部分情况下，锂电池的失效比较温和，仅仅是失去充放电的能力；但是极端情况下锂电池会发生“Thermal runaway”，也叫热失控。

不出事则已，一出事就是大事

当充满电的锂电池内部温度暴露在60度温度下的环境超过一定时间时，电芯内部慢慢的就会有放热反应的发生，引起电芯内部温度升高；电芯温度的升高又会导致更多的放热反应发生，这是一个连锁反应，最终就是热失控。

下面的曲线图是加热锂电池的一个测试，外部温度于电芯内部温度变化过程。类似于好奇实验室的加热威马电池试验。

虚线是电芯外部温度，实线是电芯温度，当电芯外围温度达到150度后，电芯就会发生剧烈的热反应；当温度达到175-185之后，电芯内部隔离层失效，内部短路发生，这时就一发不可收拾了。

电芯内部存储的电会以热量的方式释放出来，造成热失控。至于释放多少热量以及达到什么温度，那就看电极材料，电解质浓度以及电芯设计了。

为什么电池会发生热失控

锂电池的热失控也有很多原因，如下图所示；主要是三部分：外部机械冲击；电流过大；温度过高。

锂电池只能在合适的边界条件下工作，比如合适的温度，电压电流；超过这个舒适范围，电池就会失效；同时电池如果受到热源，电或机械的外部伤害，就会进一步导致热失控发生。

a) 外部短路

电池外部短路如线路故障会引起大电流。一个2Ah的电芯短路时会产生超过50A的电流，严重会引起可燃电解质泄露，产生有毒气体。在电动车上，单个电芯短路会引起相邻电芯失效，因为短路会释放很大的热量。

b) 内部短路

内部短路，比如集电极之间，正极和负极等。充电姿势不对或者过充，金属化合物污染，枝晶体生长等都有可能导致内部短路，同样的，内部短路也会导致大量的热量释放，造成热失控。

c) 温度过高

温度过高比如外部环境温度太高，使得电芯热失控。这就类似于好奇试验对威马的电池进行火烤试验。

电池温度过高会导致以下几种情况发生：

SEI层损坏。如果温度超过120度，SEI层就会损坏，溶解在电解质里。引起负极和集电极之间的反应。

电解质蒸发。高温下，电解质会蒸发，导致电芯内部压力过高；内部过高的压力会导致泄露的发生，电解质外泄，造成可燃事故。

SOC程度。电池电量越多，当电池温度过高时，发生热失控的可能也就越大。此时电池正极会氧化电解质，这个氧化过程是放热的，会导致温度升高，温度升高又进一步促进电极之间的反应。最终的后果就是，电芯内部短路，热失控发生。

电池需要很高的安全度

总结下来，电池是个“巨婴”，需要在很舒服的条件下工作，并且需要保护的很好。为此，我们制订了完善的生产制造流程来保证电池的质量，并且又制定了严格的测试流程来保证所生产的电池可靠性。

这些电池测试流程就包含了汽车驾驶过程中可能会遇到的一些情况，比如碰撞，着火等。如下图都是电池平时可能会遭受到的“磨难”，因此测试流程中就应该包含这些。分别是来自电方面的，热的，机械的，以及系统方面故障。

总结：

1) 之所以我们需要严格的法规来保证电池安全性，是因为电池容易失效，最终形态就是热失控，一旦发生热失控，表象就是爆炸或者失火。

2) 电池的安全除了要靠国家法规来保证，主要的源头还是依靠从生产工艺，电芯设计，电池管理系统来解决。

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