鉅大LARGE | 點擊量：662次 | 2021年11月26日
鋰離子電池所面對的安全性困境
從最基本的熱力學角度而言，現(xiàn)有的鋰離子電池體系在熱力學上是不穩(wěn)定的，它之所以能夠穩(wěn)定工作是因為正極和負極表面的鈍化膜在動力學上隔絕了高活性的正負極材料與電解液的進一步反應，而由于各種因素引發(fā)的熱失控則是破壞正負極表面鈍化膜最直接原因，這個科學問題對客觀認識鋰離子電池的安全性將是至關(guān)重要的。
2012年，國務院出臺了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》，該規(guī)劃明確了我國新能源汽車的發(fā)展將以鋰離子電池純電動汽車（LIB-EV）為重要方向。最近幾年，鋰離子電池純電動汽車在我國已經(jīng)成為新能源汽車的絕對主流路線，鋰離子電池已經(jīng)一統(tǒng)我國電動汽車動力鋰離子電池市場。
2014年十二月，全球第一大汽車公司豐田汽車（Toyota）正式推出了全球首款量產(chǎn)型燃料動力鋰電池（PEMFC）電動汽車Mirai（FC-EV）。緊跟其后，本田汽車（Honda）也在2015年下半年公布了其新一代燃料動力鋰電池汽車FCVClarity。之后，日本日產(chǎn)（Nissan）、韓國現(xiàn)代汽車（Hyundai）、美國通用汽車（GM）、德國寶馬（BMW）和大眾（VW）也都在近兩年陸續(xù)公布了各自的燃料動力鋰電池電動汽車產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃。
我們可以看到，我國與日本（實際上也包括韓國和歐美主流車企）在純電動汽車發(fā)展方向上選擇了不同的技術(shù)路線。面對Toyota、Honda和Hyundai燃料動力鋰電池汽車（FC-EV）小批量商業(yè)化生產(chǎn)的現(xiàn)實，我們當下首先要認真思考的是為何我國和日本在發(fā)展純電動汽車方面選擇了不同的技術(shù)路線？或者說鋰離子電池和燃料動力鋰電池到底哪種動力系統(tǒng)更加合適純電動汽車？
從本質(zhì)上上而言，包括鋰離子電池在內(nèi)的二次電池是一種能量存儲裝置，通過可逆的電化學反應實現(xiàn)電能的存儲和釋放。而燃料動力鋰電池（PEMFC）則是一種電能生產(chǎn)裝置，它通過電催化反應將燃料中的化學能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來。雖然燃料動力鋰電池也叫“電池”（中文翻譯的原因），但是它的基本工作模式卻與內(nèi)燃機有些相似，跟常規(guī)二次電池有著本質(zhì)上的差別。這兩種電化學電源體系工作方式上的本質(zhì)不同，將直接決定它們在應用層面上的不同定位。
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%
當前，我國在電動汽車動力源（動力鋰離子電池）的選擇上基本上是將鋰離子電池作為唯一的選擇，并且國內(nèi)鋰電界也一直盛行著這“鋰離子電池會取代其它二次電池一統(tǒng)江湖”或者“鋰離子電池應用領(lǐng)域非常廣泛是萬能電池”這樣的奇談怪論。
筆者認為這里有必要澄清一些有關(guān)鋰離子電池的基本認識。在筆者看來，鋰離子電池存在兩大挑戰(zhàn)，使其難以成為大中型交通工具的主動力源：安全性的困境和能量密度的瓶頸。
安全性的困境：首先筆者這里要強調(diào)的是，從最基本的熱力學角度而言，現(xiàn)有的鋰離子電池體系在熱力學上是不穩(wěn)定的，它之所以能夠穩(wěn)定工作是因為正極和負極表面的鈍化膜在動力學上隔絕了高活性的正負極材料與電解液的進一步反應，而由于各種因素引發(fā)的熱失控則是破壞正負極表面鈍化膜最直接原因，這個科學問題對客觀認識鋰離子電池的安全性將是至關(guān)重要的。
任何一種商品化的二次電池，都要有效的防過充措施來保證電池達到完全充電態(tài)，并且防止不適當?shù)倪^充帶來的安全性問題。不論是水系的還是有機系的二次電池，其充電安全性都是建立在正極限容（負極容量過剩）這一基本原則之上的。假如這個前提消失，過充的后果就是水系二次電池產(chǎn)氫，有關(guān)鋰離子電池而言則是負極析鋰。
但是，各種水系二次電池可以有效地利用水的分解反應從而采用“氧循環(huán)”的原理來實現(xiàn)過充保護。雖然水系二次電池由于水的分解電壓而限制了其能量密度的進一步提升，但是不要忘了水也為水系二次電池供應了一個近乎完美并且無可替代的防過充解決方法。而在鋰離子電池中，負極一旦析出高活性金屬鋰，由于金屬鋰無法在電池內(nèi)部消除而必將出現(xiàn)安全性問題。
所以，從某種意義上而言，鋰離子電池在安全性問題上是無解的！通過一些技術(shù)措施的綜合應用，如熱控制技術(shù)（PTC電極）、正負極表面陶瓷涂層、過充保護添加劑、電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等都可以有效改善鋰電的安全性，但是這些措施都不可能從根本上解決鋰電的安全性問題，因為鋰電在熱力學上就是不穩(wěn)定體系。
另一方面，這些措施不僅新增了成本，而且也降低了電池的能量密度。限制動力鋰離子電池單體電芯的容量，仍然是緩解安全性的一個必要措施。筆者這里要強調(diào)的是，BMS并不能解決鋰離子動力鋰離子電池的安全性問題，這是由BMS基本工作原理所決定的。
假如我們綜合考慮上述因素就會明白，鋰電的“安全性”只是相對意義上的。近幾年，國內(nèi)鋰電界一直彌漫著鋰離子電池將一統(tǒng)江湖而取代其它二次電池的論調(diào)，僅僅從安全性的角度而言，這種論調(diào)無疑就是荒謬可笑的。
