近期新能源车自燃事故频发，锂电池“热失控”频上头条。数据显示，2021年大陆新能源汽车保有量达到了784万辆，全国范围内发生了3000起火灾事故。
对于纯电动汽车而言，用户的里程焦虑和电池热失控起火爆炸一直是行业的焦点问题。热管理系统效率和电池热管理性能的高低，也直接影响了车辆续航里程和电池安全性。
根据全国机动车保有量与自燃事故测算，燃油车的燃烧事故每年按照万辆单位计算约为2-4起，而新能源车每年按照万辆单位计算约为0.9-1.2起。但从两者间的起火原理与结果来看，新能源汽车比起燃油车而言，其“危害性”却更高。
搭载了锂电池的纯电动汽车在热失控后释放出热量，短时间内造成短路引发起火，且电池内部的起火会引发连锁反应，导致车内人员逃生的时间变得十分仓促。此外，锂电池的起火也更具危险性，一方面，火场温度高，即使火势熄灭后，也需要大量的水降温；另一方面，锂电池受破坏后具有复燃危险。
锂电池热失控机理
锂离子电池热失控所发生的化学反应是一个复杂持续的过程，且不是一蹴而就的，具有阶段性，在整个热失控过程中是分阶段进行的。
引起锂离子电池发生危险的原因是电池内部放热反应的失控，一般成因有：
（1）过充：不符合规范的操作行为，如在锂离子电池发生过充时，正极材料持续发生脱锂反应，造成电解液被氧化分解从而释放出大量热量，热失控风险大增；
（2）刺穿：锂离子电池在长期循环过程中会在负极表面产生锂枝晶，一部分脱落形成“死锂”，另一部分不断增长会发生刺穿隔膜导致电池短路；
（3）高温：电解液溶剂均为易燃的碳酸酯和羧酸酯类有机溶剂，在高温高压下会发生氧化分解放出大量热量，从而引发热失控；
（4）高电压：固体电解质相界面( SEI) 膜形成不稳定，在高电压下发生分解，放出热量；
（5）外部力量破坏：在遭受到外部力量如振动、挤压、碰撞、火烧的破坏时，可能造成电池结构崩塌、SEI膜撕裂、电解液泄露、内部短路等问题。
锂枝晶
可以说，除却电池本身自燃起火，剧烈碰撞、挤压、涉水等外界因素也可能导致内部元件的短路而引发自燃。值得注意的是，上述反应并非独立进行的，在某些时刻，很可能同时发生多种反应。
锂电池的安全性保护措施
锂离子电池引发的热失控事故很大程度上制约了锂电池的发展。大容量锂离子电池得以进入规模化、商业化应用的前提是解决锂电池的安全性问题。
针对锂离子电池的安全性问题，近年来在电池产品设计和应用控制方面采取了一些保护措施，内部保护措施主要有使用不易燃的电解液、新型隔膜、新型正极材料等；外部保护措施包括使用安全阀、PTC、BMS等。下文将主要从电解液及隔膜两方面探讨锂电池的安全性保护措施。
电解液安全策略
通过改变电解液组分或增加电解液组分的方式能够有效提升电解液的安全性。由于锂离子电池使用的电解液都是易燃的碳酸酯和羧酸酯类，因此直接使用不易燃的电解液是提高电池安全性较好的方法，主要包括：（1）使用难燃的有机溶剂替代易燃的碳酸酯，如环状羧酸酯（如GBL）、腈类（如MFGN、GLN、ADN）、磷酸酯类（如TMP、TEP、TPP、IPPP等）、氟代酯类=，或将其与碳酸酯混合使用（如FPPN与GBL混合）；（2）使用室温离子液体（RTIL），如咪唑隐离子液体所具有结构体积小的优点，可避免离子液体黏度大导致电导率下降的现象。研究发现，与纯离子液体相比，将离子液体与EC混合得到的电解液混合物具有更低的黏度、更高的电导率和更好的电化学稳定性。
然而，使用单一的阻燃添加剂往往不能够兼顾锂离子电池的其他性能，可能会导致电导率下降、循环稳定性降低以及界面阻抗升高等问题。考虑多功能阻燃剂的协同作用，如P、F和N元素组成的多功能阻燃剂是提高阻燃效率和减少对电化学性能不利影响的良好选择。追求用量少、阻燃效率高、毒性低、电化学性能和化学性能稳定、与电极兼容性好等特点是阻燃添加剂的努力方向。
研究表明，磷腈类阻燃剂能够起到良好的阻燃效果，
而其缺点是会导致电解液的导电率降低
隔膜安全策略
对于电池而言，能燃烧的不仅是电解液，还包括隔膜、黏结剂等。对于隔膜来说，其主要作用是将电池的正、负极分隔开，防止两极接触而短路以及通过Li+的功能。锂电池用隔膜为聚烯烃微孔膜，通常为单轴拉伸聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）、双轴拉伸PE或多轴拉伸PE/PP。这些商业化的隔膜易燃且热稳定性差，因此安全可靠的锂电池需要提高隔膜的阻燃性和热稳定性。
在传统隔膜的制备过程中掺杂阻燃性添加剂或纤维类物质是一种比较常见的改良手段，如溴化聚苯醚（BPPO）、阻燃接枝三聚氰胺基多孔有机聚合物的隔膜（P-POP），其成本较低且效果显著，主要是在隔膜表面浸涂阻燃剂或者将阻燃剂包覆在隔膜纤维中来达到提升安全性的目的。改性聚烯烃隔膜是实现提高隔膜热稳定性的简单方法。使用高熔点的聚合物或无机材料对隔膜进行修饰，可以降低原始隔膜的热收缩率，其本质类似于给隔膜穿上一层“外骨骼”，用来抵御热冲击和机械冲击。
P-POP热失控抑制机理: (a)触发燃烧前; (b)触发燃烧后
近年来，为满足对锂离子电池高安全性的需求同时也为弥补传统聚烯烃隔膜的不足，新型隔膜材料被不断开发出来。聚酰亚胺（PI）是一种性能良好的新型隔膜材料，它的高耐热性、耐化学性和良好的润湿性，使其具有非常重要的应用前景。将静电纺丝技术与PI相结合，PI复合材料纳米纤维膜具有高浓度的曲折纳米孔结构和固有的化学构型，因此大大提升隔膜的离子传输率和电解液润湿性。未来可以通过寻找更多性能优异的材料优化PI纳米纤维膜，以得到综合性能更好的隔膜。
当前绝大多数的锂电池安全事故都是源于内部短路伴随温度和压力的增加，因此未来还需要更“智能”的隔膜对这些因素进行监测来提高电池的安全性。虽然近年来新型隔膜设计理念不断升级，但是高性能隔膜的应用往往伴随着制备成本的增加，无法迅速转向大规模应用阶段。
小结
除了对电解液和隔膜进行修饰之外，电极材料的改性、限流器件的材料转换、电池管理系统（BMS）设计改良都成为锂电池系统安全性能提升的关键所在。
随着能源技术的发展，高能量、高功率密度电池的应用趋势越来越明显，对锂电池的安全性要求也越来越高。增加锂电池安全性为宗旨，且不以牺牲其性能为代价，是未来高能量密度和高安全性锂电池的发展关键。