因隔膜存在起火风险、多家车企召回，电池隔膜安全问题如何解？

       2 月 8 日，三星宣布了一项大规模召回计划，涉及福特、奥迪以及Stellantis旗下的180196辆汽车。这些车辆所搭载的高压电池组存在故障风险，可能会引发火灾。美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）指出，这些车辆的电池组中，电池单元的隔膜有时会出现损坏，结合电池单元内部的其他相互作用，可能会导致火灾的发生。

       在所有受影响的品牌中，Stellantis的情况最为严重。据三星方面透露，有155096辆Stellantis品牌的汽车存在安全隐患。此次召回涵盖了2020至2024款的Jeep牧马人4xe以及2022至2024款的Jeep大切诺基4xe，这两款车型均为插电式混合动力汽车。

       大众汽车和三星均未明确说明大众品牌旗下汽车的具体核心问题。此次召回涉及的大众汽车包括2022款A7和2022至2023款Q5。目前仅知，这些车辆可能会因热过载而产生烟雾或引发火灾。

       福特方面向三星表示，调查发现高压电池单元的隔膜层在其阴极和阳极之间可能因电池单元制造过程而容易受到损坏。此次召回中涉及的福特车辆为2020至2024款的福特翼虎以及2021至2024款的林肯冒险家。福特提醒车主，如果车辆检测到问题，仪表盘上会出现“请立即安全停车”的提示信息。相比之下，奥迪和Stellantis的车主就没有这么幸运了，他们目前没有类似的预警提示。

       目前，三星承认尚未找到一个确切的解决方案。所有品牌的唯一解决方案似乎是软件更新，该更新将在电池系统检测到问题时提醒车主。在问题得到彻底解决之前，车主们或许可以考虑将车辆停放在户外，以应对可能出现的意外情况。

       包括美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）和福特方面皆指出，三星电池或存在电池单元的隔膜层损坏的问题。

       那么，有哪些原因会影响电池隔膜的质量和安全性呢？

      首先，在生产隔膜时，如果工艺控制不当，可能会导致隔膜厚度不均匀。较薄的部分在电池充放电过程中，更容易受到应力作用而破损，使正负极之间的隔离效果降低，增加短路风险，进而引发电池起火。

      其次，隔膜的微孔结构对其性能至关重要。若在制造过程中，微孔的大小、形状或分布不均匀，可能会影响锂离子的传输效率，导致局部电流密度过大，产生过多热量。当热量积累到一定程度，就可能破坏隔膜的完整性，引发内部短路和起火。

      再次，生产环境不洁净或原材料不纯，可能会使杂质混入隔膜中。这些杂质可能会在电池内部形成导电通道，或者在电池充放电过程中，对隔膜造成刺穿等物理损伤，破坏隔膜的隔离作用，导致电池起火。

      最后是材料本身性能的问题。如果隔膜材料的热稳定性不佳，在电池工作过程中，尤其是在高温环境或高负荷充放电时，隔膜可能会发生热收缩、变形甚至熔化。这会使隔膜的微孔结构遭到破坏，无法有效隔离正负极，从而引发热失控和起火。

      另外，隔膜需要具备一定的机械强度，以承受电池在充放电过程中的体积变化和外部压力。若隔膜的机械强度不足，在电池内部压力变化或受到外力冲击时，容易出现破裂、穿孔等问题，使正负极直接接触，引发短路和起火。

      有分析指出，韩国电池产业的供应链较长，涉及到众多的原材料供应商和零部件制造商。如果在供应链环节中，对原材料的质量把控不严格，或者零部件的供应出现问题，如隔膜的质量不稳定、电解液的纯度不够等，都可能影响电池的整体质量和安全性。

       中国动力电池厂商如何完善电池隔膜安全性能的呢？

      首先从材料入手，‌高性能的隔膜材料通过其独特结构和化学成分，能够降低短路时的温度和压力，从而降低电池燃爆的风险。隔膜的微孔结构允许锂离子在充电和放电过程中通过，同时阻止电子通过，实现电荷的定向移动。孔径大小、均匀性以及孔隙率等因素直接影响电池的锂离子传导能力和充放电效率‌。

       研发新型复合隔膜：将不同特性的材料复合在一起，取长补短。比如，把聚烯烃隔膜与具有高机械强度和热稳定性的聚合物进行复合，既保留聚烯烃隔膜良好的离子导通性，又增强其在高温下的稳定性，降低隔膜在电池充放电过程中因热应力导致破裂的风险。

       探索无机材料隔膜：研究如氧化锆、二氧化钛等无机材料作为电池隔膜的可能性。这些无机材料具有高熔点、化学稳定性好等优点，能够有效提升隔膜的耐高温性能和化学稳定性，减少高温下隔膜分解引发的安全隐患 。

      据悉，宁德时代等头部厂商投入大量资源研发新型隔膜材料，如采用陶瓷涂层改性的聚烯烃隔膜，提高隔膜的耐热性、机械强度和抗穿刺性能。并且通过改进隔膜的微孔结构，使孔径分布更加均匀，提高离子传输效率的同时，增强隔膜的阻隔性能，确保在各种工况下都能有效隔离正负极。

       纳米纤维制造工艺优化：利用静电纺丝等纳米纤维制造工艺，精确控制隔膜的纳米级纤维结构。通过优化工艺参数，如电压、溶液浓度、喷头与接收装置的距离等，使隔膜的纤维分布更均匀，孔隙率和孔径更精准可控，提高隔膜对锂枝晶的阻挡能力，防止其刺穿隔膜造成短路。

       界面处理技术提升：在隔膜表面进行特殊的界面处理，改善隔膜与电极材料之间的兼容性。例如，采用等离子体处理技术，在隔膜表面引入特定的官能团，增强隔膜与电极的粘附力，减少电池充放电过程中因界面分离而产生的安全问题。

       中国科学院近代物理研究所‌与兰州大学、先进能源科学与技术广东省实验室等团队合作，利用离子径迹技术研究开发出用于高性能锂离子电池的聚酰亚胺耐高温隔膜制备新工艺。这种隔膜具有优异的热稳定性（能在 450 摄氏度下保持结构不收缩）、高机械强度（150.6 兆帕）和均一的孔道结构，能够有效抑制锂枝晶的生长，提升电池的安全性和循环性能‌。

        引入智能监测系统：在电池组中集成对隔膜状态的实时监测传感器，通过监测隔膜的电阻、电容等参数变化，及时发现隔膜可能出现的破损、老化等问题。一旦检测到异常，迅速发出警报并采取相应措施，如降低电池使用功率或停止充放电，避免安全事故的发生。

        优化电池组热管理布局：重新设计电池组内部的热管理结构，确保电池组内各个电池单元的散热均匀。例如，合理布置冷却管道和散热片的位置，使热量能够快速、均匀地从电池隔膜处散发出去，避免局部过热对隔膜性能造成损害。

        在生产设备方面，恩捷股份等企业引进国际先进的隔膜生产设备和工艺技术，如高精度的涂布机、双向拉伸设备等，提高隔膜生产的自动化程度和精度，减少人为因素对产品质量的影响。

       目前，三星承认尚未找到一个确切的解决方案以处理该公司动力电池安全问题。新能源汽车安全极易影响该市场的消费情绪，三星若还想继续做全球范围内各大头部车企的生意，必然需要快速找到解决办法才行。更何况，当前韩国动力电池厂商们在全球市场所占据的份额已然不如以往。

文章来源：盖世汽车、高性能膜材料编辑整理