锂电池的能量密度和安全性该如何兼顾？
来源：宝鄂实业
2019-05-20 16:02
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1、锂电池电解液是易燃溶剂，其中的锂还有正极材料中的镍、钴是活泼金属，暴露在空气中易燃烧。
2、圆柱形锂电池正极和负极间只隔一层微米级别厚度的隔离薄膜，遭受冲撞时容易破裂引发短路。
3、锂电池的能量密度和安全性存在天然矛盾，因为能量密度提升意味着采用更高活性的正负极材料，或降低隔离膜的厚度，这两项做法都将大幅增加电池的危险性。
4、全固态锂电池是未来的发展方向，但还需要较长时间的科研攻关。
近日，特斯拉、蔚来、比亚迪等品牌电动汽车在中国各地接连发生起火事件。
尽管特斯拉和蔚来汽车方面纷纷发布公告称“车辆起火原因尚未确认，会在后续及时对外公布调查结果”，但这很显然无法完全平息双方在品牌层面遭受的负面影响，由此引发的焦虑开始在业内和消费者中蔓延。
此次上海发生自燃的特斯拉型号为Model S P85，目前已经停产。这已经不是特斯拉汽车第一次发生自燃了，据不完全统计，截至目前，在全球范围内，特斯拉的电动汽车在行驶、碰撞和充电导致的燃烧、自燃及爆炸事故，已经发生超过50起，甚至被称为“烧车的冠军”。
频频发生的电动汽车起火事故，将电动汽车和动力电池的安全问题再一次推向了舆论的风口浪尖，为快速发展中的新能源汽车市场蒙上了一层阴影。为何电力汽车的电池屡屡“过火”？我们又该如何应对电动汽车电池的安全问题？
电池碰撞、静放电池短路等是主因
电动汽车起火事故中，大部分是因电池而起，包括交通事故碰撞、短路自燃等等原因。电动汽车的兴起源于锂电池技术的快速发展，在广泛应用于电动汽车之前，手机和笔记本电池燃烧爆炸的事故早已屡见不鲜，电池的潜在安全隐患似乎已经成为电力汽车前进发展的绊脚石。
电动汽车除了动力系统不同外，底盘、车身、内外饰等都与传统内燃机车型并无区别。电池是电动汽车的主要储能部件，直接影响到电动车的性能。在电动汽车上，一个个单个的电池芯组成电池，一定数量电池被组合到一起形成电池模组模块。
由于车辆上装载电池的空间有限，运行所需的电池模组数目也较大，电池会以不同倍率放电，并以不同速率产生大量热量，再加上时间累积及空间影响，从而导致电池组运行环境温度情况复杂多变。
对于具体电池起火的情况，清华大学汽车工程开发研究院常务副院长、汽车安全与节能国家重点实验室副主任宋健介绍，这一般是由于电池内部电解液及其分解产物被点燃造成的。
宋健介绍，从学术上来说，锂离子主要做两个运动，一个叫嵌入，一个叫脱出。不管是放电还是充电，锂离子都是从电池的一极跑到另外一极。“内燃汽车的油箱，仅仅是一个储存燃料的地方。而电动汽车的电池组不同，锂电池既是一个储能装置，又是一个化学反应的装置。电池在放电过程中同时进行着氧化反应，化学能转变成为电能，然后输出来驱动汽车电机。”
宋健指出，锂电池中电解液是用易燃溶剂配置而成的，锂电池的充放电过程，就是电解液中锂离子的运动过程。锂是一种活泼金属，电池内的锂如果暴露在空气中，就会与氧气产生激烈反应进而燃烧。
为了防止空气进入电池内部，汽车电池制造商一般会用多层外壳或塑膜来封闭电池，使得锂不会与氧气接触，厂商也会在电池包外壳包裹坚硬保护壳。不过，在电池内部又是另一番“脆弱”的环境。中国科学院院士欧阳明高指出，锂电池的正极氧化剂和负极还原剂之间只隔一层微米级别厚度的隔离薄膜。目前电动汽车厂商为追求高能量密度、高续航，会将电池中的隔膜厚度进行削减，给电池造成了一定的安全隐患。
宋健表示，自己在实验室做测试中就出现过隔离薄膜破裂的情况。“我们实验室的研究结果，模仿电动汽车发生剧烈碰撞的状况，电池在一定的碰撞冲击力和大气压强下，薄膜就会发生破裂，正极上的氧化剂就容易与电解液发生化学反应，电池的正负极就发生短路了，局部温度升高，就可能引燃电池的电解液。
