無法根治的鋰電安全性能？

鋰電池的安全性歸根到底一句話，就是來自于電池的熱失控。鋰電池除了正常的充放電反應(yīng)外，還存在潛在的副反應(yīng)。當(dāng)電池溫度過高或者充電電壓過高的時候，這些副反應(yīng)就會被引發(fā)，并釋放大量熱量。如果熱量得不到及時疏散，還會引起電池溫度和壓力的急劇上升，形成惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致熱失控，造成安全事故。

不幸的是，從鋰電反應(yīng)機理而言，單體電池的熱失控隱患是無法根除的，只能通過諸如熱控制技術(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技術(shù)的綜合性應(yīng)用來無限改善單體電芯的安全性能，但無法真正根除。

關(guān)于電芯層面的鋰電安全性，武漢大學(xué)教授艾新平做了非常全面的分析，從熱失控過程來看，發(fā)生熱失控最早的一個反應(yīng)是負(fù)極表面SEI膜的分解，由于負(fù)極成份及添加劑的不同，SEI膜的分解分度大概在120-140℃，發(fā)生分解以后，負(fù)極裸露在電解液中，并發(fā)生劇烈的還原分解，放出大量的可燃性氣體和熱量，促使電池的溫度進(jìn)一步上升，直至正極發(fā)生分解。

正極發(fā)生分解時，溫度大概在180-200℃，此時電芯的副反應(yīng)就很難控制了，因為正極分解時不僅僅釋放大量的熱量，還會產(chǎn)生活性極高的氧原子，導(dǎo)致電解液直接氧化分解，短時間內(nèi)會造成電池內(nèi)部大量的熱量積累。

如何提升單體電芯的安全性能？

盡管鋰電安全無法根治，但卻是可控可防的，正確面對并積極探索一些新的安全性技術(shù)，將有利于促進(jìn)電池技術(shù)進(jìn)步，比如提高材料/界面熱穩(wěn)定性，開發(fā)單體自激發(fā)熱保護(hù)技術(shù)，以及系統(tǒng)熱擴展防范技術(shù)，就可以有效改善電池系統(tǒng)的安全性。以下為艾新平教授在電芯安全層面的研究，可供讀者參考。

表面包覆。正極的熱分解和它引起的析氧主要在于它和界面（電解液）的反應(yīng)，于是我們可以在正極活性表面包覆熱穩(wěn)定的保護(hù)層。比如在高鎳的正極表面包覆磷酸膜或者磷酸鋰以后，可以減少高鎳材料與電解液的直接接觸，從而降低副反應(yīng)的強度和產(chǎn)熱。常見的包覆材料包括磷酸鹽、氧化物、氟化物，也可以是一些聚合物。

構(gòu)建濃度梯度。高鎳正極的不安全，除了本身的熱穩(wěn)定性不好以外，更重要的是鎳對電解液的氧化分解作用非常強，而材料本身的放熱量并不是那么大，但是加上電解液以后，它的產(chǎn)熱溫度和產(chǎn)熱量是急劇提高的，原因就是電解液的界面反應(yīng)占了很大的部分。如果我們將高鎳作為核，用一些低鎳含量的材料作為殼，讓它內(nèi)外有一個濃度梯度，這樣就有助于降低這個材料界面的反應(yīng)活性，提高電池安全性。

防止熱失控的誘發(fā)和蔓延才是工作重點

盡管艾新平教授介紹了多種提高單體電芯安全性的思路，但正如前文所提到的，我們始終無法從工藝上保證清除所有的安全隱患。與其在電芯的工藝層面做過多糾結(jié)，不如將工作重點放在系統(tǒng)層面，即防止單體發(fā)生熱失控以后產(chǎn)生系統(tǒng)的功能障礙，甚至是災(zāi)難性事故。

中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高也表示，當(dāng)前鋰離子電池從單體層面完全杜絕熱失控是不太現(xiàn)實的，但我們可以從電池系統(tǒng)的熱機電設(shè)計與控制設(shè)計來防止誘發(fā)和蔓延，即便單體出現(xiàn)熱失控也不會發(fā)生事故