鉅大LARGE | 點擊量：653次 | 2021年09月29日
莫讓鋰離子電池變“炸彈”
十一月十三日晚上，馬先生被他的蘋果手機“嚇了一跳”。“手機就放在臥室的床頭柜上，突然聽到‘砰’的一聲，循聲望去，手機已‘四分五裂’。”馬先生回憶說，“當時完全是在待機狀態下。”對此，蘋果客服稱爆炸可能跟電池老化有關系。
無獨有偶，由鋰離子電池（以下稱“鋰離子電池”）引發的安全事故頻現報端，僅十月份以來，特斯拉純電動汽車就接連發生了三起引發社會關注的電池起火事故。
“安全問題確實制約了鋰離子電池在電動汽車和新能源開發等方面的發展。國內不應該鼓勵過早產業化，而應鼓勵研究、開發新技術，同時實現試點。”復旦大學化學系教授吳宇平在接受《我國科學報》采訪時說。
身邊的“隱形炸彈”
今天，鋰離子電池已無處不在。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
廈門大學化學化工學院教授趙金保在接受采訪時斷言：“從目前情況而言，鋰離子電池仍是最為先進、綠色環保的電池。可以肯定，在未來10~20年內，鋰離子電池的地位仍不會被取代。”
那么，接連發生的起火爆炸事故，是否意味著我們仍無法擺脫身邊的“隱形炸彈”？
“鋰離子電池爆炸一般出現在充電過程中。因為鋰離子電池的負極材料是石墨或其他碳材料，充電過程中，正極材料會把鋰離子釋放到碳里面，形成插層化合物，其化學性質非常不穩定。”中科院物理所研究員王兆翔在接受采訪時說。
“并非所有進入熱失控狀態的電池都會發生爆炸。手機、筆記本電腦等使用的是小型鋰離子電池，熱量容易散發，爆炸的幾率約千萬分之一。”武漢大學化學與分子科學學院教授艾新平在接受《我國科學報》采訪時表示，鋰離子電池發生爆炸、燃燒等安全性事故的根本原因在于電池內部瞬間升溫過快或內壓過高，但電池是否發生爆炸與荷電狀態、熱傳遞速度、安全閥開啟的靈敏度、外界環境溫度等很多因素有關。
艾新平認為，相有關小型鋰離子電池而言，大容量動力鋰離子電池的安全性問題更加突出。由于活性物質的總量大，而且其體表面積（外殼）更小，厚度更大，散熱非常困難。
商業化受安全之困
“鋰離子電池燃燒后，電解液會發生分解，出現氟化氫，事故現場的人假如沒有做好防護，呼吸道很可能會受到損傷。”王兆翔說。
除了可能造成人員傷亡外，專家表示，鋰離子電池的安全問題還制約了鋰離子電池在電動汽車和新能源開發方面的發展。
“鋰離子電池安全問題造成的影響還是比較大的。一系列安全事故已引起公眾擔心，對電動汽車產業的發展造成影響。”艾新平說。
盡管專家們認為“不能因一次意外而否定新能源車”，但公眾對鋰離子電池安全性的擔憂并未減少。同時，鋰離子電池發展還面對成本高、續航里程短等障礙。
技術推廣兩手抓
“國家‘十二五’規劃對鋰離子電池的能量密度提出更高的要求。現在提倡使用三元正極材料，三元材料鋰離子電池的安全性更差，面對著更大的挑戰。”艾新平說。
那么，要保證鋰離子電池的安全性，要做什么工作？
“可以從材料技術、制造工藝、電池成組技術、電池管理和安全使用等多方面著手解決安全問題。”王兆翔說。
在艾新平看來，鋰離子電池要從根本的原理技術上解決安全性問題。“以往大家大多是從工藝上考慮提高電池的安全性，比如設計安全閥、防止短路、控制制造過程等，但這些工作只能說是盡量地減少安全事故，不可能完全防止事故。”
趙金保建議，可以通過優化鋰離子電池的構造及設計提升安全性。如選用熱穩定性高的正極材料、耐燃電解液、鋰不析出的負極材料及高性能隔膜等。
“實際上，學術界已經有了解決鋰離子電池安全性問題的方法，但還停留在理論階段，離應用有一定距離。”艾新平介紹說，現在國內外都在做熱敏感材料，在正常情況下，熱敏感材料是導體或半導體，當電池溫度過高的時候，熱敏感材料就變成絕緣體，中斷電池反應；此外，還有阻攔性電解液的研發等。但這些方法在實際操作中或多或少會影響到電池能量密度、循環壽命、耐高溫等性能。
應用的問題同樣困擾著吳宇平，盡管他在新型水溶液可充鋰離子電池體系方面已有新研究，但產業化的道路依舊漫長。“從研發的角度而言，水鋰電確實比現有的鋰離子電池更加安全，性價比應該更好，但是還要在研究和產業化方面做些工作。”吳宇平說。
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