中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，威馬汽車一輛經(jīng)過多輪試驗(yàn)報(bào)廢的早期試裝車自燃，引發(fā)了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注，再次將鋰離子電池的安全問題推向了輿論的風(fēng)口浪尖。
以下為部分網(wǎng)友熱議：
事實(shí)上，近些年來手機(jī)和筆記本電池燃燒爆炸早已不能吸引眼球，電動(dòng)汽車爆燃和鋰電工廠的大火才算是新聞。前有波音787“夢(mèng)幻”客機(jī)鋰電池起火，后有三星SDI天津工廠廢舊電池起火，一波未平一波又起的鋰電池安全事故不得不讓鋰電產(chǎn)業(yè)警惕。
而要解決鋰電安全問題，首先要知道鋰離子電池安全事故產(chǎn)生的原因。
鋰離子動(dòng)力電池的安全性主要取決于基本的電化學(xué)體系以及電極／電芯的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝等內(nèi)在因素，而電芯所采用的電化學(xué)體系則是決定電池安全性的最根本因素。
無法根治的鋰電安全性隱患
鋰電池在過充過放、快速充放電、短路、機(jī)械濫用條件和高溫?zé)釠_擊等情況下，容易觸發(fā)電池內(nèi)部的危險(xiǎn)性副反應(yīng)而產(chǎn)生熱量，直接破壞負(fù)極和正極表面的鈍化膜。當(dāng)電芯溫度上升到130℃以后，負(fù)極表面的SEI膜分解，導(dǎo)致高活性鋰碳負(fù)極暴露于電解液中發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生的熱量使電池進(jìn)入高危狀態(tài)。
當(dāng)電池內(nèi)部局部溫度升高到200℃以上時(shí)，正極表面鈍化膜分解正極發(fā)生析氧，并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量并形成高內(nèi)壓。當(dāng)電池溫度達(dá)到240 ℃以上時(shí)，還伴隨鋰炭負(fù)極同粘結(jié)劑的劇烈放熱反應(yīng)。
由此可見，溫度控制對(duì)鋰電安全性具有重要意義。值得一提的是，在鋰電池的熱失控中，直接原因是負(fù)極表面SEI膜的破損從而導(dǎo)致高活性嵌鋰負(fù)極與電解液的劇烈放熱反應(yīng)，正極材料的分解放熱只是熱失控反應(yīng)其中的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此所謂磷酸鐵鋰（LFP）因熱穩(wěn)定而更安全的說法是有失偏頗的，其安全性也只是相對(duì)而言。
值得一提的是，鋰離子電池的安全性隱患是其電化學(xué)體系所決定的，即便再出色的電池管理系統(tǒng)（BMS）也無法從根本上解決鋰離子動(dòng)力電池的安全性問題。
盡管鋰電安全隱患無法根治，但我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^諸如熱控制技術(shù)（PTC 電極）、正負(fù)極表面陶瓷涂層、過充保護(hù)添加劑、電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等等等技術(shù)的綜合性應(yīng)用來有效的改善鋰電的安全性。
此外，電芯的失效只是整個(gè)電池系統(tǒng)安全隱患的一小部分。站在模組的角度，由于電芯結(jié)構(gòu)、工作方式和環(huán)境等多方面的因素會(huì)使得電芯的安全隱患加倍的體現(xiàn)出來，因此動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管控的嚴(yán)密性等等才是更加重要的部分。
這也是為什么市場上無法直接買到鋰電池電芯的原因，電池芯生產(chǎn)商只會(huì)向經(jīng)過授權(quán)的Pack公司銷售自己的電芯，再由Pack公司將電芯與保護(hù)板封裝成電池包出售給電器生產(chǎn)商而不是消費(fèi)者。此外，電池包必須與專用的充電器搭配并嚴(yán)格按照規(guī)定的方法使用，其實(shí)研究一下眾多的電動(dòng)汽車充電自燃事故，不難發(fā)現(xiàn)，很大一部分自燃事件都是使用者沒有嚴(yán)格按照充電要求進(jìn)行操作。
固態(tài)電池會(huì)成為電動(dòng)汽車安全問題的“救世主”么？
面對(duì)鋰電池帶來的安全隱患，整個(gè)新能源產(chǎn)業(yè)鏈都花盡了心思，也取得了一定效果。從鋰電安全防護(hù)途徑來看，主要分為兩個(gè)層面：一是防止電池失效的產(chǎn)生，二是防止失效電池的擴(kuò)散。
前者比較好理解，大部分措施及研發(fā)都是為了達(dá)到這個(gè)目的，但筆者在前文中已提及，電芯的安全隱患是無法根除的，因此將電芯失效的危害控制在單個(gè)電芯內(nèi)，防止其擴(kuò)散甚至產(chǎn)生安全事故就顯得尤為重要，而在這個(gè)過程中，BMS扮演著核心角色。值得一提的是，特斯拉動(dòng)力系統(tǒng)一直被業(yè)內(nèi)人士津津樂道的原因也正是其強(qiáng)大的BMS系統(tǒng)，真正論及電池技術(shù)，特斯拉反而不值一提。
此外，當(dāng)前越來越“吸睛”的固態(tài)電池，也是鋰電安全的質(zhì)變所在，甚至不少人將其作為電動(dòng)汽車安全問題的希望所在。包括豐田、松下、三星、三菱、寶馬、現(xiàn)代、戴森、博士以及鋰電池之父約翰·古迪納夫的團(tuán)隊(duì)都宣布正在開發(fā)固態(tài)電池；而在國內(nèi)，寧德時(shí)代已做出表率，在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進(jìn)展，并在規(guī)模化生產(chǎn)上提出了初步的工藝路線。
其實(shí)固態(tài)電池本身并不是什么新興技術(shù)，早在2010年左右就有產(chǎn)品問世。所謂固態(tài)電池，就是通過采用固態(tài)電解質(zhì)，一方面可以提升電壓平臺(tái)，進(jìn)一步提升電池能量密度；另一方面在固固反應(yīng)中可以減少氣體排放，大幅提升鋰電池的安全性能。
盡管固態(tài)電池的前景空前美好，但其量產(chǎn)之路卻困難重重，其中最主要瓶頸是固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率、內(nèi)阻、界面阻抗及相容性等等。因此，現(xiàn)階段各大企業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)是固態(tài)聚合物電解質(zhì)、無機(jī)固體電解質(zhì)的設(shè)計(jì)及制備技術(shù)，固／固界面構(gòu)筑及穩(wěn)定化技術(shù)；并在此基礎(chǔ)上完善電池生產(chǎn)工藝及專用設(shè)備的研究，來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)。
清陶（昆山）能源發(fā)展有限公司總經(jīng)理李崢博士表示，固態(tài)電池從技術(shù)成熟到工藝成熟，再到產(chǎn)品成熟需要一個(gè)過程。從今年開始，固態(tài)電池會(huì)陸陸續(xù)續(xù)應(yīng)用到手機(jī)數(shù)碼、穿戴設(shè)備及一些特殊領(lǐng)域上，2019－2020會(huì)開始形成規(guī)?；ㄟ@里的應(yīng)用是實(shí)實(shí)在在被老百姓使用）；同時(shí)2020年，固態(tài)電池會(huì)在汽車上做示范運(yùn)營，并在2025年左右大規(guī)模應(yīng)用。
固態(tài)電池確實(shí)能使鋰電在安全性上完成質(zhì)變，但固態(tài)電池距其量產(chǎn)應(yīng)用還有一段不小的距離，遠(yuǎn)水難解近渴。當(dāng)下更應(yīng)該考慮的是如何通過結(jié)構(gòu)升級(jí)、工藝改善等措施進(jìn)一步來保證動(dòng)力電池的安全性能。
當(dāng)前新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的安全性隱憂
雖然任何一家電池企業(yè)都在反復(fù)強(qiáng)調(diào)安全性是產(chǎn)品研發(fā)的首要目標(biāo)，但隨著補(bǔ)貼政策的調(diào)整以及電動(dòng)汽車市場的需求，能量密度在產(chǎn)品中扮演著越來越重要的位置，尤其是電池本身就是一個(gè)講究綜合性能的產(chǎn)品，單純的提升單一性能，難度并不大。在市場和政策的雙輪驅(qū)動(dòng)下，很難保證電池安全性會(huì)受到最大程度的重視。
一個(gè)擺在眼前的事實(shí)是，Apple手機(jī)的電池容量一直被消費(fèi)者詬病，相較于華為、oppo、Samsung等品牌來說，Apple的電池容量確實(shí)不夠看，但其安全和抗衰減性能卻非常出色。Apple并不是不能配備更高容量的電池，只不過出于安全性的考量，犧牲了部分能量密度而已。
事實(shí)上，國外的電池企業(yè)往往會(huì)為了最大化的安全性能，從而犧牲部分電池容量，其續(xù)航里程的領(lǐng)先更多是基于出色的電池包及動(dòng)力系統(tǒng)總成設(shè)計(jì)。反觀國內(nèi)其實(shí)很尷尬，在滿足所謂的安全標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，幾乎將能量密度提升到極限，而這種現(xiàn)象還有愈演愈烈的趨勢(shì)。
當(dāng)前，排名靠前的電池企業(yè)都在追求811型號(hào)的高鎳三元鋰電池，誠然高鎳意味著更可觀的能量密度以及減少鈷價(jià)對(duì)電池成本的影響，但同時(shí)也意味著更高的技術(shù)壁壘和更嚴(yán)苛的生產(chǎn)工藝。比較諷刺的是，目前國內(nèi)電池生產(chǎn)的一致性頗有些不堪入目，很難想象同一批次生產(chǎn)的成品會(huì)出現(xiàn)A品、B品、C品、D品。
此外，與電池安全性息息相關(guān)的BMS系統(tǒng)也有待進(jìn)一步提升。近年來，國內(nèi)涌現(xiàn)出上百家BMS企業(yè)，但其技術(shù)來源其實(shí)只有2到3家，相對(duì)其他的鋰電產(chǎn)業(yè)鏈，BMS投入相對(duì)較小，但其利潤巨大。于是不少“資深”BMS工程師，學(xué)會(huì)了一套方案后就出來創(chuàng)業(yè)（鋰電從來不缺資本），這導(dǎo)致了鋰電BMS領(lǐng)域百家爭鳴，卻只有一兩套方案打天下。當(dāng)然，隨著動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不少裸泳者已經(jīng)被淘汰，但國內(nèi)BMS技術(shù)與國外仍存在著較大差距。
筆者想要強(qiáng)調(diào)的是，在生產(chǎn)工藝及電池管理系統(tǒng)相對(duì)落后的情況下，一味的強(qiáng)調(diào)能量密度，會(huì)不會(huì)有點(diǎn)過猶不及。畢竟對(duì)電動(dòng)汽車的消費(fèi)者而言，想要的是絕對(duì)安全，而不僅僅是安全達(dá)標(biāo)。當(dāng)然，能在保證安全的前提下，沖擊更高的能量密度，筆者自然是樂見其成的。
作者：李陽
