圖注：日本蒼龍級潛艇，其最大亮點是對電力系統的改進，即採用鋰離子蓄電池取代鉛酸蓄電池

實際上從鋰離子電池興起的時刻起，它就被視為極具潛力的未來潛艇動力電池發展方向。但是鋰電池在安全性上的不足——特別是大量鋰電池串並聯時，由於電池本身製造的一致性差異，引發個別電池過充過放，最後導致熱失控引發起火爆炸等問題。

鋰離子電池在潛艇中應用較多,以此為例說一說鋰離子電池在實際應用中存在的安全隱患。潛艇電池艙是容積很大的兩個密閉艙室，電池數量多、體積容量較大，配置有周密的蒸餾水冷卻系統，這種大規模的鋰離子電池組充放電過程中產生的熱量及危險評估，必須高度重視。因此，各國對鋰離子電池組在潛艇上的應用十分謹慎，進展較慢。

不過，有資料顯示：鋰離子電池並不含金屬鋰，在充放電過程中，只需鋰離子嵌入與脫出，這樣可使電池過熱和內部短路的機率降到最低，進而大幅提高了安全與穩定效能，可在艙室密閉環境下，為潛艇提供可靠的電能保證，以滿足潛艇推進系統的安全要求。這次日本“蒼龍”級潛艇更換鋰離子電池組，相信其已經過嚴格的使用標準檢驗，鋰離子電池組確實已經在先進電池控制系統等技術的輔助下，滿足潛艇安全要求。我們也將拭目以待，借鑑和參考“蒼龍”級換裝鋰離子電池組的成功經驗，期盼中國常規潛艇在新動力方面也有更大突破。

最近，有大量報道中國研製出了石墨烯基鋰離子電池，其原理是利用鋰離子在石墨烯表面和電極之間快速大量穿梭運動的特性，開發出一種高溫長壽命新能源鋰離子電池。據相關資料顯示，加入石墨烯材料，同等體積的電容可擴充5倍以上的容量，而鋰離子電池電極中加入石墨烯則可大幅度提高其導電效能。顯然，鋰離子電池組這種效能優勢，必將成為常規潛艇動力電池的發展趨勢，應用前景廣闊。

近些年手機和筆記本電池燃燒爆炸早已不能吸引眼球，電動汽車爆燃和鋰電工廠的大火才算是新聞。而最近發生的Samsung Galaxy Note 7 大範圍電池起火爆炸事件，再次將鋰離子電池的安全性問題推到了風口浪尖。 　　除了使用狀況方面的外部因素，鋰離子動力電池的安全性主要取決於基本的電化學體系以及電極/電芯的結構、設計和生產工藝等內在因素，而電芯所採用的電化學體系則是決定電池安全性的最根本因素。筆者這裡將從幾個不同的角度來分析鋰離子電池的安全性問題。 　　熱力學的角度：研究已經證實，不僅僅是在負極，正極材料的表面也覆蓋一層很薄鈍化膜，覆蓋在正負極表面的鈍化膜對鋰離子電池各方面效能均會產生非常重要的影響，並且這個特殊的介面問題只有在非水有機電解液體系才存在。筆者這裡要強調的是，從費米能級的角度而言，現有的鋰離子電池體系在熱力學上是不穩定的，它之所以能夠穩定工作是因為正極和負極表面的鈍化膜在動力學上隔絕了正負極與電解液的進一步反應。 　　因此，鋰電的安全性與正負極表面的鈍化膜的完整和緻密程度直接相關，認識這個問題對理解鋰電的安全性問題將是至關重要的。 　　熱傳遞角度：鋰離子電池的不安全行為(包括電池在過充過放、快速充放電、短路、機械濫用條件和高溫熱衝擊等情況)容易觸發電池內部的危險性副反應而產生熱量，直接破壞負極和正極表面的鈍化膜。 　　當電芯溫度上升到130℃以後，負極表面的SEI膜分解，導致高活性鋰碳負極暴露於電解液中發生劇烈的氧化還原反應，產生的熱量使電池進入高危狀態。當電池內部區域性溫度升高到200℃以上時，正極表面鈍化膜分解正極發生析氧，並繼續同電解液發生劇烈反應產生大量的熱量並形成高內壓。當電池溫度達到240 ℃以上時，還伴隨鋰炭負極同粘結劑的劇烈放熱反應。 　　可見，負極表面SEI膜的破損從而導致高活性嵌鋰負極與電解液的劇烈放熱反應，是導致電池溫度升高進而引發電池熱失控的直接原因。而正極材料的分解放熱只是熱失控反應其中的一個環節，甚至都不是最主要的因素。 　　磷酸鐵鋰(LFP)結構非常穩定通常狀態下不發生熱分解，但是其它危險性副反應在LFP電池中仍然存在，因此LFP電池的“安全性”只是相對意義上的。從以上分析我們可以看到，溫度控制對鋰電安全性的重要意義。相對於3C小電池而言，大型動力電池由於電芯結構、工作方式和環境等多方面的因素導致散熱更加困難，因此大型動力電池系統的熱管理設計至關重要。

精神小夥，不請自來。

大家好，我是小U，一個集帥氣與智慧於一身的95後小鮮肉，每天都在師傅老U的教（壓）導（榨）下學習新知識。

近期我在閱讀我們UL新出的《UL 電池安全白皮書》的時候，發現鋰電池的安全是一個非常複雜的問題。那麼，首先要關心的問題是，鋰電池有安不安全？有哪些風險，我們的白皮書給出了非常專業的回答。

一、鋰電池的安全風險有哪些

1、 起火風險 – 鋰電池是能量單元，內短路、外短路、熱失控都可能引發起火哦！

2、 爆炸風險 – 鋰電池熱失控時，會產品大量可燃氣體並導致壓力劇增，爆炸風險就來了！

3、 化學風險 – 鋰電池的電解液有強烈的腐蝕性，電池熱失控時會釋放出有毒氣體，帶來化學風險！

4、電擊風險 – 動力電池或儲能電池電壓基本在300V以上，屬於危險電壓，有觸電風險！

5、 電弧風險 – 儲能電池系統電壓可達到1000V以上，不同電位的導體之間距離太近容易產生電弧，危害巨大！

6、 機械風險 - 大型電池系統也帶來了傾倒或者跌落等風險。

安全風險雖大，但是我們仍能透過一定的方法對風險進行控制，保證人身和財產安全，我們《UL 電池安全白皮書》也包括了對於提升電池安全的指導。

二、如何提高鋰電池的安全

從縱向角度，可以從電芯、模組、控制系統和電池系統四個層級來著手分析，從橫向角度，可以從電池設計、製造質量和濫用防護三個方面來分析。然而，電池的安全性往往關聯電池的成本和效能，在實際電池設計和製造過程中，需要全面衡量各方面的影響因素，擇優而行。

2.1 鋰電芯的安全防護

鋰電芯的設計是安全問題的核心,其中電芯的結構設計直接影響電芯的散熱路徑與失效模式, 而材料設計更是影響電芯是否起火的關鍵。比如，選擇安全的極卷和隔膜設計、穩定的化學體系以及阻燃電解液等，都可提高電芯的安全性。電芯的質量則是安全問題的重要加乘因子。電芯工廠應該建立嚴格的生產質量管控體系，來控制電芯的品質，提高電芯的安全性。

2.2 鋰電池模組的安全防護

電池模組是電芯和電池包間的中間單元，由多個電芯經串並聯方式組合而成，電池模組對電芯起到支撐、固定和保護作用。模組的安全，可以從機械、電氣、熱量管理設計和質量管控這些方面來考慮。

舉例來說，從電氣設計來看，模組中的各電芯應有優良的一致性，對於模組中有電芯並聯的設計，應考慮在每個並聯支路配置熔斷器或者熔斷結構等過流保護，以降低因電芯不均衡而造成的個別電芯經受過充和過放的機率。

2.3 控制系統的安全防護

動力電池的正常執行主要依賴電池管理系統（BMS）的控制。BMS設計者應根據電芯的邊界條件值來設定合適的保護引數和策略。BMS需要充分考慮電池的短路保護，電芯過壓、欠壓、過流和過溫保護。BMS的保護功能依賴於電子控制線路和其控制的保護元器件的正常工作，電子線路的功能可靠性以及保護元器件的安全可靠性必須被有效地評估。

2.4 動力電池系統的安全防護

動力電池系統在使用過程中會和整車一起承受各種嚴苛的機械力和環境影響，比如高低溫衝擊、振動和機械衝擊、道路石子撞擊、交通車輛碰撞等，容易造成零部件移位、鬆動、磨損或者脫落等情況，進而引發絕緣破壞、區域性過熱、電擊、起火等風險。

因此，動力電池的機械防護、電氣防護和熱管理尤為重要,比如動力電池包的外殼應有優良的機械強度並具有優良的IP防護等級，保護電池包內部零部件和電氣電路免受損壞或者暴露。

2.5 儲能電池系統的安全防護

儲能電池系統的安全防護，除了上述動力電池系統防護中提及的，需要額外關注高電壓和高能量儲能電池系統帶來的電弧風險以及火災蔓延風險。一個大型的儲能系統往往可以達到MWh以上，一旦電池起火蔓延，將會帶來巨大的消防挑戰。因此，對儲能系統熱失控起火蔓延按照UL 9540A進行全面的評估，並建立完善的火災監控系統和消防保護措施，尤為重要。

三、UL動力和儲能電池安全標準指導產品安全設計

UL 2580標準是評估道路車輛用電池的安全標準，UL 1973是針對儲能電池的安全標準，目前這兩個標準都是美國和加拿大的國家標準。

對比國際上其他電池安全標準，UL動力和儲能電池標準不僅涵蓋詳細的測試要求（電氣測試、機械測試和環境測試），還對電池包的結構和零部件提出了嚴格的安全要求，比如對於電池包外殼材料、電芯、線纜、接外掛、密封圈、電氣距離及絕緣等級、熔斷器和繼電器、BMS的功能安全可靠性等，標準都給出了詳細的安全要求，為電池包結構設計者提供了完備的設計依據。

我在電池廠幹過一段時間，鎳氫電池最安全，即使短路也不會一下子燃燒。也做過鋰離子電池，150度高溫老化，切斷，衝壓，短路不會爆，燃燒也不是很劇烈。好幾次把放在口袋的次品電池弄短了，發熱冒煙立馬拿出來扔掉，然後踩幾腳就沒事了。