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外，還存在潛在的副反應。當電池溫度過高或者充電電壓過高的時候，這些副反應就會被引發(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)，最后導致熱失控，造成安全事故。

不幸的是，從鋰電反應機理而言，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（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等技術的綜合性應用來無限改善單體電芯的安全性能，但無法真正根除。

關于電芯層面的鋰電安全性，武漢大學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是負極表面SEI膜的分解，由于負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，還會產生活性極高的氧原子，導致電解液直接氧化分解，短時間內會造成電池內部大量的熱量積累。

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，將有利于促進電池技術進步，比如提高材料/界面熱穩(wěn)定性，開發(fā)單體自激發(fā)熱保護技術，以及系統(tǒng)熱擴展防范技術，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，于是我們可以在正極活性表面包覆熱穩(wěn)定的保護層。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，從而降低副反應的強度和產熱。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，它的產熱溫度和產熱量是急劇提高的，原因就是電解液的界面反應占了很大的部分。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，不如將工作重點放在系統(tǒng)層面，即防止單體發(fā)生熱失控以后產生系統(tǒng)的功能障礙，甚至是災難性事故。

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