传统的液态锂电池为何会频发爆炸？固态电池可以把电池的可燃性降低吗？

传统的液态锂电池，被科学家们喻为“摇椅式电池”，摇椅两端为电池的正负两极，中间为电解质（液态）。其中的锂离子如同优秀的运动员在正负两极间来回奔跑，在运动过程中即完成电池的充放电过程。

然而，这种看似有趣的结构却存在隐患。据不完全统计，今年上半年电动汽车发生过10起燃烧事故。某消防单位对此总结，新能源汽车发生燃烧最为常见的主要场景表现为充电过程中的燃烧，此外，电池在行驶或停驶过程中也会产生燃烧。

不久前，在北京召开的第二届储能电池技术发展方向研讨会上，就目前电池存在的问题，与会专家提出固态电池相对是未来比较理想的选择，并在如何提升其能量密度与安全性方面提出发展路径。

可继承液态锂电池“江湖地位”

液态锂电池为何会频发爆炸，有专家分析，原因在于传统锂电池在大电流下工作有可能出现锂枝晶，从而刺破隔膜导致短路破坏；电解液为有机液体，在高温下会加剧发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向。

而近年来，学术界、产业界认为采用固态电池在安全性上相对有所保障，视其可以继承液态锂电池的“江湖地位”。

“储能的春天已经到来，储能行业开始萌芽开花，在各类储能技术中，电池储能最受关注，也是发展最快的储能技术方向。全固态锂离子电池是规模化储能理想的化学电源。”中国科学院电工研究所储能技术研究组陈永翀教授表示。

专家认为，全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本主解决电池安全性问题，是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。

“固态电解质电池将是下一个风口，是新能源电池未来主要发展趋势。相较于传统锂电池，固态锂电池的差异在于电解质固态化，理论上存在一定的优势。”北京理工大学电动车辆国家工程实验室、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清曾表示。

由于固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质，取代以往锂电池的电解液，大大提升锂电池的能量密度。采用固态电解质，可以把电池的可燃性降低，虽然电池中有一些燃烧成分，但是固态电解质能够起到阻止燃烧作用，由此，相比传统的有机电池体系电池，固态电解质不会引起燃烧。

那么，固态电池的固态电解质如何工作？据专家介绍，其具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端，传导更大的电流，进而提升电池容量。因此，在同样的电量下，固态电池体积将变得更小。而且，由于固态电池中没有电解液，封存将会变得更加容易，在汽车等大型设备上使用时，也不需要再额外增加冷却管、电子控件等，不仅节约了成本，还能有效减轻重量。

科研与应用齐头迸进

将固态电解质引入锂电池，是为了突破目前有机电解液存在的种种限制，提升电池的能量密度、功率、温度范围和安全性。与会专家提出，真正实现这些目标，仍需首先解决现有电解质材料本身以及与电极界面存在的一些问题。

中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员靳俊介绍说，近几年我们实验室主要开发采用固态电解质的锂硫电池体系。用固体电解质修饰金属锂后，可以发现电池的循环稳定性得到很大提高。研究人员提出一个双电解质体系锂硫电池概念，采用具有锂离子导电特性LAGP体系的固体电解质，在正负极间采用少量液态电解液进行界面润湿，测试结果可以看到，首次放电比容量能够达到理论容量80%以上，相比于普通的液态锂硫电池得到很大提高，尤其在充放电效率方面，基本上接近100%，完全没有液态锂硫电池中存在的穿梭效应问题。

为了进一步解决电池的安全问题，我们把这个界面通过凝胶化，这样保证里面没有流动态的电解液，通过聚合物进行修饰，还可以缓冲循环过程中的体积效应。

清华大学材料学院副教授李亮亮表示，目前研发团队正在做一个氧化物固态电解质及固态锂电池的原形，采用三元正极，固态电解质膜和石墨负荷作负极，电池能量密度以及安全性非常好，容量仅仅下降不到10%，上千次循环后容量保持81%。固态电池具有高的能量密度、安全性好，可实现长时间的循环。

合肥博澳国兴能源技术有限公司郑明森博士指出，目前研发的叠片式大容量固态聚合物锂离子电池，结构相对简单、节点少，不需要管理系统，在组装电池组时只需串联而非并联。采用一些固态的电解液替代传统的液态电解液，以解决电池的漏液，以及碰撞后燃烧问题，提高了电池的安全性。目前在合肥皇冠假日酒店建立1GWh储能示范电站，通过184块单体芯可提供储能1000度电能的单元模块，运行8个月以来，没有加空调降温，而电池容量并未衰减。

开始之前，再次跟大家科普一个知识点：目前电动车上最常见的电池主要是三元锂、磷酸铁锂两种，本质上都属于锂电池。由于没有记忆效应，锂电池寿命的主要依据是『完全充放循环次数』。完全充放循环次数是指电池完成一次100%用电充电的使用循环，譬如『用完再充，一次性从0%充至100%』和『充一部分用一部分，两次从30%充到80%』都是一次完整的充电循环。循环次数达到一定限度时，电池余量就不足以正常使用，这个时候我们就说电池生命周期结束了。

那么，有什么习惯可以延长电池的生命周期呢？

习惯一浅充浅放，别等没电才充电

虽然没有硬性标准，但通常认为：当电池低于10%甚至没电时才进行充电，就属于过度放电了；当电池在20%~90%之间进行充电，且并不充至100%，则属于浅充浅放。

这里应该有很多人会感到奇怪：这么反复充，不是浪费了充电次数吗？非也。再看看上面的前提，电池寿命的依据是『完全充放循环次数』，而不是单次充电次数。那...为什么要这样浅充浅放呢？

从分子层面看，过度放电将导致负极石墨过度释放锂离子，使其片层结构出现塌陷；过度充电将把过多的锂离子硬塞进负极石墨结构中，而使得部分锂离子发生沉积，再也无法被释放。同时，过度放电会使得负极板的铜电镀到正极上，破坏正极的微观结构。

但好在充电技术也在进步，现在过充问题可以交给电源管理系统（BMS, battery management system）解决，该系统会严格控制进出电池的电量，从而保证电池一直在安全状态下工作。但是这样的电池管理系统精度有限，无法抵消过充过放对电池的影响。

因此，在日常用车中，最好不要把电池用光才充电，下班回家停车库的时候就可以即插即充。养成浅充浅放的好习惯，让你的电池损耗越慢。

说人话

少量多餐，不饿肚子也别吃太饱。

习惯养成

有事没事都充充电，别让电池电量耗光。

习惯二首选常规充电，少用快充

要弄明白这一点，首先要理清楚电池的充放电原理。

锂电池有两极，正极是锂化合物，负极为石墨。充电与放电，实际上就是一个化学能与电能相互转换的过程：充电时，在电场作用下，锂离子嵌入到负极的石墨碳层微孔，存储一定能量；放电时，发生化学反应，这些带着电荷的锂离子脱嵌，使正极处于富锂状态。这个过程，就形成了电流供电。

理想状态下，只要正负极材料的化学结构不发生变化，锂离子电池就能保证长时间、多次数循环。

当然，固态电池开发还在路上，仍存在一些关键问题有待突破。专家表示，固体电池应用于储能领域需考虑到长寿命、安全性等因素。另外，还需解决长期循环过程中的体积效应、稳定性和界面相容性等问题。目前正针对关键核心问题展开更详细的研究。