动力电池的安全性极其关键有哪些?
电池组像汽油箱那样,是一种含高能物质的部件。锂离子电池中的电解液是用有机溶剂配制而成,其易燃的程度不亚于汽油。正极的氧化剂和负极的还原剂只隔一层微米级厚的隔膜,内短路则生热;充放电时,电池内阻也生热。在达到一定温度时,正极上的氧化剂可与电解液发生化学反应。大量的化学反应热会造成热失控,产生大量气体,导致气压升高、电池破裂,继而出现车辆燃烧、爆炸情况。
正极的氧化剂不同,电池发生热失控的温度也不同。使用热失控温度越低的正极材料,电池的安全性越差。特斯拉用的三元锂离子电池,热失控温度不足200℃,尤其是三元材料在达到一定温度时还会分解释放出极活泼的初生态氧,即使在没有外界氧气供应的情况下,这种电池内部就“完整地具备”燃烧三要素。试想,其安全性能高吗?这也是三元锂离子电池起火后,火势蔓延迅速且难以扑灭的原因。
相比之下,磷酸铁锂分子里的氧被牢固地束缚在磷酸根中,很难成为助燃剂,磷酸铁锂电池的热失控温度要高得多,其安全性高得多。现在,磷酸铁锂单体电池比能量已提升至180Wh/Kg,电池包比能量已达到151Wh/Kg,其功率型电池的性能完全能满足增程式电动汽车的需求。
我国有发展磷酸铁锂电池的优势。由中国电池工业协会牵头,成功申诉三家外资企业磷酸铁锂电池专利无效,从而让中国磷酸铁锂电池产业彻底摆脱国外专利束缚,为我国发展新能源汽车扫除阻碍;我国众多企业掌握微纳结构碳包覆技术,弥补了材料电导率不高的缺点;我国已建立完整的材料生产链,价格日趋合理;电池生产水平不断提高,产品性能稳定。笔者认为,磷酸铁锂电池应成为动力电池的发展重点,应鼓励继续研究、提高产品性能。
同时,笔者认为,电力系统的规模储能用三元锂离子电池也不可取,甚至用锂离子电池也值得商榷。打个比方,这就像一座堆满燃烧弹的活火山。去年我国山西省有两座2MWh调频电站起火,用的就是三星公司的三元正极18650锂离子电池。虽然火灾起因尚在论证,有人认为可能不是电池而是电气部分的原因,但无可争辩的事实是电池烧完了。如果换成不含有机溶剂的电池,情况就不会这么惨烈。今年7月,韩国风电场的4MW/12MWh储能电站起火并爆炸,据报道,这是该国第四个发生燃烧事故的三元锂离子电池储能电站。这些事故应该引起我国锂离子电池储能电站决策者和建设者们的警惕和深思。