电动汽车的推广离不开电池技术的发展。目前中国电动汽车上的动力蓄电池主要是锂离子电池，包括磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂离子电池（包括镍钴锰酸锂NCM电池和镍钴铝酸锂NCA电池）、钴酸锂电池、钛酸锂电池等。除了以上的锂离子动力蓄电池外，还有燃料电池、锌空气电池、锂空气电池、铝空气电池、锂硫电池和液流电池等。电池安全与电池本身的体系是密切相关的，由于篇幅所限，本文主要讨论锂离子电池的安全性能。

电动汽车的电池安全是一个系统性的问题。从单体电芯的制作到电池模块（Module）的成组再到电池堆（PACK）的设计等，无不对电池的安全产生重大影响。要提高电池的使用安全性，需要多管齐下，并进行系统性考量方可达成。本文将从单体电芯、模块与PACK两个维度对电池的安全性进行阐述。

一 单体电芯的安全性

单体电芯的核心组成包括正极材料、负极材料、电解液和隔膜。这四种材料的安全性影响着单体电芯的安全性。

（一）正极材料安全性

1.发展概况

目前，锂离子电池产业化的正极材料主要有以下几种：钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂。从动力蓄电池正极材料发展趋势来看，逐渐向安全性、能量密度、循环寿命等综合平衡的方向发展。

特斯拉电动汽车动力蓄电池曾经选用钴酸锂，后来改用三元材料，从安全性和循环寿命来看，三元材料要优于钴酸锂材料。锰酸锂动力蓄电池在日本和韩国也有较大的应用市场。虽然锰酸锂能量密度较低，但是其安全性要远远高于钴酸锂，日本和韩国多使用锰酸锂和三元材料混合，以综合改善电池能量密度和安全性能。磷酸铁锂材料能量密度也较低，但安全性相对最好，目前在国内应用最广泛，在电动客车上具有较明显的综合优势。

2.影响因素

影响正极材料安全性的因素主要有以下两个。

（1）晶体结构稳定性

考虑到晶体结构的稳定性，在正常充电结束后，钴酸锂材料中的锂将剩余近一半。如果此时充电电压继续升高，那么钴酸锂材料中剩余的锂将会继续脱嵌，而这时负极材料中能容纳锂的位置已被填满，只能以金属锂的形式在负极表面析出。金属锂的表面沉积非常容易聚结成锂枝晶，从而刺穿隔膜，造成正负极直接短路，引起安全事故。

三元材料和钴酸锂类似，实际的使用容量虽然高于钴酸锂，但是远低于其理论容量。在充电电压过高的情况下，也存在析锂形成锂枝晶，存在内部短路的安全隐患。

与之不同的是，锰酸锂和磷酸铁锂电池在正常充电结束后，所有的锂都已经从正极脱出嵌入了负极。此时，即使电池进入了过充状态，正极材料已没有多余的锂可以脱嵌，可以避免金属锂的析出和锂枝晶的形成，进而消除电池内部短路的隐患，增强电池的安全性。

（2）氧化还原温度

氧化还原温度是指材料发生氧化还原放热反应的温度，是衡量材料氧化还原能力的重要指标，温度越高表明其氧化—还原能力越弱。四种正极材料的氧化—还原温度如表1所示。

表1 不同正极材料的氧化—还原温度

充电态的钴酸锂中四价钴氧化性最强，三元材料中四价镍也具有很强的氧化性。由于锂离子使用的是有机电解质，具有一定还原性，会和正极材料发生氧化—还原反应并释放热量。正极材料的氧化能力越强，其发生反应就越剧烈，越容易引起安全事故。而锰酸锂中四价锰氧化性相对较弱，磷酸铁锂中三价铁氧化性更弱，二者热稳定性要远优于钴酸锂和三元材料，具有更好的安全性。

综上所述，钴酸锂是极不适合用在动力蓄电池领域，磷酸铁锂和锰酸锂材料安全性较好，三元材料的安全性相对较差。

3.解决措施

镍钴锰酸锂的安全性虽然相对较差，但是其能量密度高，循环寿命较高，作为动力蓄电池在电动汽车上应用时续航里程高，能够更好地解决消费者的续航里程焦虑问题。为了进一步改善正极材料的安全性能，可以采用如下措施。

（1）晶格掺杂

通过对正极材料进行晶格掺杂改性，提高材料的晶体结构稳定性，主要包括：阳离子掺杂、阴离子掺杂及混合掺杂。阳离子掺杂主要是Mg、Al、Ti、Zr这几种金属元素。阳离子掺杂可以使层状结构更完整，从而有助于提高材料的倍率性和晶体结构的稳定性，对改善材料的循环性能和热稳定性的效果比较明显。阴离子掺杂主要是掺杂与氧原子半径相近的F原子。适量地掺杂F原子可以促进材料的烧结，使正极材料的结构更加稳定，抑制