鋰電世界 11月13日晚上，馬先生被他的蘋果手機(jī)“嚇了一跳”。“手機(jī)就放在臥室的床頭柜上，突然聽到‘砰’的一聲，循聲望去，手機(jī)已‘四分五裂’。”馬先生回憶說(shuō)，“當(dāng)時(shí)完全是在待機(jī)狀態(tài)下。”對(duì)此，蘋果客服稱爆炸可能跟電池老化有關(guān)系。
無(wú)獨(dú)有偶，由鋰離子電池（以下稱“鋰電池”）引發(fā)的安全事故頻現(xiàn)報(bào)端，僅10月份以來(lái)，特斯拉純電動(dòng)汽車就接連發(fā)生了三起引發(fā)社會(huì)關(guān)注的電池起火事故。
“安全問(wèn)題確實(shí)制約了鋰電池在電動(dòng)汽車和新能源開發(fā)等方面的發(fā)展。國(guó)內(nèi)不應(yīng)該鼓勵(lì)過(guò)早產(chǎn)業(yè)化，而應(yīng)鼓勵(lì)研究、開發(fā)新技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)試點(diǎn)。”復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系教授吳宇平在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。
身邊的“隱形炸彈”
今天，鋰電池已無(wú)處不在。
廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授趙金保在接受采訪時(shí)斷言：“從目前情況而言，鋰電池仍是最為先進(jìn)、綠色環(huán)保的電池。可以肯定，在未來(lái)10~20年內(nèi)，鋰電池的地位仍不會(huì)被取代。”
那么，接連發(fā)生的起火爆炸事故，是否意味著我們?nèi)詿o(wú)法擺脫身邊的“隱形炸彈”？
“鋰電池爆炸一般出現(xiàn)在充電過(guò)程中。因?yàn)殇囯姵氐呢?fù)極材料是石墨或其他碳材料，充電過(guò)程中，正極材料會(huì)把鋰離子釋放到碳里面，形成插層化合物，其化學(xué)性質(zhì)非常不穩(wěn)定。”中科院物理所研究員王兆翔在接受采訪時(shí)說(shuō)。
“并非所有進(jìn)入熱失控狀態(tài)的電池都會(huì)發(fā)生爆炸。手機(jī)、筆記本電腦等使用的是小型鋰電池，熱量容易散發(fā)，爆炸的幾率約千萬(wàn)分之一。”武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授艾新平在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，鋰電池發(fā)生爆炸、燃燒等安全性事故的根本原因在于電池內(nèi)部瞬間升溫過(guò)快或內(nèi)壓過(guò)高，但電池是否發(fā)生爆炸與荷電狀態(tài)、熱傳遞速度、安全閥開啟的靈敏度、外界環(huán)境溫度等很多因素有關(guān)。
艾新平認(rèn)為，相對(duì)于小型鋰電池而言，大容量動(dòng)力鋰電池的安全性問(wèn)題更加突出。由于活性物質(zhì)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(yè)化受安全之困
“鋰電池燃燒后，電解液會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生氟化氫，事故現(xiàn)場(chǎng)的人如果沒(méi)有做好防護(hù)，呼吸道很可能會(huì)受到損傷。”王兆翔說(shuō)。
除了可能造成人員傷亡外，專家表示，鋰電池的安全問(wèn)題還制約了鋰電池在電動(dòng)汽車和新能源開發(fā)方面的發(fā)展。
“鋰電池安全問(wèn)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(dān)心，對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成影響。”艾新平說(shuō)。
盡管專家們認(rèn)為“不能因一次意外而否定新能源車”，但公眾對(duì)鋰電池安全性的擔(dān)憂并未減少。同時(shí)，鋰電池發(fā)展還面臨成本高、續(xù)航里程短等障礙。
技術(shù)推廣兩手抓
“國(guó)家‘十二五’規(guī)劃對(duì)鋰電池的能量密度提出更高的要求。現(xiàn)在提倡使用三元正極材料，三元材料鋰電池的安全性更差，面臨著更大的挑戰(zhàn)。”艾新平說(shuō)。
那么，要保證鋰電池的安全性，需要做哪些工作？
“可以從材料技術(shù)、制造工藝、電池成組技術(shù)、電池管理和安全使用等多方面著手解決安全問(wèn)題。”王兆翔說(shuō)。
在艾新平看來(lái)，鋰電池需要從根本的原理技術(shù)上解決安全性問(wèn)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(shè)計(jì)安全閥、避免短路、控制制造過(guò)程等，但這些工作只能說(shuō)是盡量地減少安全事故，不可能完全避免事故。”
趙金保建議，可以通過(guò)優(yōu)化鋰電池的構(gòu)造及設(shè)計(jì)提升安全性。如選用熱穩(wěn)定性高的正極材料、耐燃電解液、鋰不析出的負(fù)極材料及高性能隔膜等。
“實(shí)際上，學(xué)術(shù)界已經(jīng)有了解決鋰電池安全性問(wèn)題的方案，但還停留在理論階段，離應(yīng)用有一定距離。”艾新平介紹說(shuō)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都在做熱敏感材料，在正常情況下，熱敏感材料是導(dǎo)體或半導(dǎo)體，當(dāng)電池溫度過(guò)高的時(shí)候，熱敏感材料就變成絕緣體，中斷電池反應(yīng)；此外，還有阻攔性電解液的研發(fā)等。但這些方案在實(shí)際操作中或多或少會(huì)影響到電池能量密度、循環(huán)壽命、耐高溫等性能。
應(yīng)用的問(wèn)題同樣困擾著吳宇平，盡管他在新型水溶液可充鋰電池體系方面已有新研究，但產(chǎn)業(yè)化的道路依舊漫長(zhǎng)。“從研發(fā)的角度而言，水鋰電確實(shí)比現(xiàn)有的鋰電池更加安全，性價(jià)比應(yīng)該更好，但是還需要在研究和產(chǎn)業(yè)化方面做些工作。”吳宇平說(shuō)。