锂离子电池的本征安全指的是什么？

大家好！我是不言，这是我的第178篇原创文章。 今天来聊一聊锂离子电池的本征安全。

锂离子电池的本征安全（Intrinsic Safety）指的是通过电池自身材料、结构和设计实现的内在安全防护机制，无需依赖外部系统即可在滥用条件下（如过充、过热、短路等）主动抑制热失控风险。核心是通过多重物理和化学机制阻断故障连锁反应。

1. 提高锂离子电池本征安全的方案

1.1材料优化提升安全性

设计上规避析锂风险锂离子电池使用嵌锂化合物（如石墨负极、钴酸锂正极），充放电过程中锂离子在电极间迁移，避免金属锂析出带来的枝晶刺穿风险。

隔膜“Shutdown”功能隔膜在130℃以上高温时熔融闭合孔隙，切断离子通路，阻止内部短路。

电池充放电过程

1.2内置物理保护装置

PTC（正温度系数端子）限制大电流充电时的温升，当温度异常时电阻骤增以切断电流。

Fuse（保险丝）电芯表面温度达90℃时熔断，强制断开回路。

CID（电流中断装置）当内部气压超过阈值（如0.9MPa）时机械断开电路，防止过压爆炸。

方形铝壳电池盖板结构

1.3 提高电化学稳定性

电解液添加剂添加阻燃剂（如有机磷系）或过充保护剂（如联苯），抑制电解液分解和热失控链式反应。

电极冗余设计负极容量高于正极（冗余度，N/P比＞1.02，负极片要包覆正极片），避免过充时锂析出。

1.4结构防护

安全阀与泄压机制当内部产气压力超过0.6MPa时（目前防爆阀的耐压强度一般为0.6-0.8MPa），安全阀爆破泄压，防止壳体破裂。

壳体强化设计钢壳/铝壳结构抵御机械挤压，软包电池通过铝塑膜破裂泄压而非爆炸。

2.本征安全的验证标准

UL1642认证所有商用电芯需通过高温、针刺、挤压等安全测试，确保本征防护机制有效。

热失控抑制通过材料热稳定性（如磷酸铁锂正极分解温度＞300℃）和隔膜闭孔特性，延缓热量积累。

3.本征安全的局限性

尽管本征设计可以显著提升安全性，但是还需要注意以下3个方面的风险。

制造缺陷风险极片毛刺、金属杂质可能导致微短路。

滥用工况的边界极端过充（＞4.4V）或低温充电仍可能引发析锂，突破本征防护极限。

老化影响循环后SEI膜增厚、电解液消耗可能削弱保护机制。

4.总结

锂离子电池的本征安全是通过材料选择（无金属锂）、结构设计（隔膜/PTC/Fuse/CID）和电化学防护（添加剂/冗余设计）构建的多层级主动防护体系，本质是将安全机制内置于电池自身，而非依赖外部BMS。其目标是最大限度降低热失控概率，但需结合制造工艺控制和系统级监控以实现全面安全保障。

以上内容均为本人日常工作，交流，阅读文献所得，由于本人能力有限，文中阐述观点难免会有疏漏，欢迎业内同仁积极交流，共同进步！

参考资料

1.隔膜对商用 500Ah 锂离子电池的影响，段体超

2.锂离子电池工艺缺陷及失效模式研究，赵振博

3.锂离子电池顶盖技术研究进展，皮玉平

原文标题:锂离子电池的本征安全指的是什么？