??? 安全性問(wèn)題安全性問(wèn)題一直是動(dòng)力鋰離子電池研發(fā)生產(chǎn)的頭號(hào)難題，隨著電池起火、爆炸事故頻現(xiàn)報(bào)端，動(dòng)力鋰電池安全問(wèn)題再次被推至輿論的風(fēng)口浪尖。
有人認(rèn)為，在動(dòng)力鋰電池安全性問(wèn)題中，電極材料中的正極材料是關(guān)鍵，也是引發(fā)鋰離子動(dòng)力電池安全隱患的主要原因；也有人指出，動(dòng)力鋰電池發(fā)展到今天，正極材料已經(jīng)足夠滿(mǎn)足其安全性需求了，首要問(wèn)題可能還不是材料，而是電池的設(shè)計(jì)。
一位鋰電池行業(yè)的資深從業(yè)者告訴記者，“正極材料和電解液的熱反應(yīng)是電池?zé)崾Э匕l(fā)生的主要原因?！?/span>
??? 正極材料尤為關(guān)鍵
??? “電池應(yīng)用在汽車(chē)上其實(shí)有很多需要考量的安全問(wèn)題，磷酸鐵鋰可以解決電池由于材料所造成的安全性問(wèn)題。”立凱亞以士總經(jīng)理?xiàng)钪莻ケ硎尽?/span>
記者了解到，在動(dòng)力鋰電池的安全性問(wèn)題中，電極材料中正極材料尤為關(guān)鍵，也是引發(fā)動(dòng)力鋰電池安全隱患的主要原因。
電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動(dòng)力鋰電池安全性的重要因素，和負(fù)極材料相比，正極材料能量密度和功率密度低，其與電解液的熱反應(yīng)也被認(rèn)為是電池?zé)崾Э匕l(fā)展的主要誘因。因此，尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料成為動(dòng)力鋰電池的關(guān)鍵。
一位從業(yè)多年的正極材料生產(chǎn)商告訴記者，衡量正極材料的安全性主要在于兩個(gè)方面：一是看其是否容易在充電時(shí)形成枝晶；二是看其發(fā)生氧化還原放熱反應(yīng)的溫度。
電池充電時(shí)，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負(fù)極直接短路。而且，金屬鋰非常活潑，可直接和電解液反應(yīng)放熱，其熔點(diǎn)又很低，即使表面金屬鋰枝晶沒(méi)有刺穿隔膜，只要溫度稍高，金屬鋰就會(huì)溶解，從而引發(fā)短路。材料發(fā)生氧化還原熱反應(yīng)的溫度越高，表明其氧化能力越弱，正極材料的氧化能力越強(qiáng)，發(fā)生反應(yīng)就越劇烈，也越容易引發(fā)安全事故。
高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)顯示，鈷酸鋰和三元材料具有較強(qiáng)的氧化性，用于動(dòng)力電池的安全隱患較大，一般不作為動(dòng)力電池正極材料使用；錳酸鋰和磷酸鐵鋰的氧化性弱，熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于鈷酸鋰和三元材料，被認(rèn)為是目前最適合用于動(dòng)力鋰電池的正極材料。
中信國(guó)安盟固利技術(shù)人員安洪力表示，“錳酸鋰和磷酸鐵鋰應(yīng)用在動(dòng)力電池的安全系數(shù)比較高，兩者相較，磷酸鐵鋰對(duì)原材料的一致性要求又更高一點(diǎn)，工藝也更復(fù)雜，錳酸鋰相對(duì)來(lái)說(shuō)，原材料控制得更好一些，所以做電池的工藝相對(duì)磷酸鐵鋰容易一點(diǎn)?！?/span>
有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，磷酸鐵鋰能量密度低，重量體積功率低，很難滿(mǎn)足動(dòng)力電池用在汽車(chē)上的可持續(xù)發(fā)展。
對(duì)此，楊智偉表示同意這個(gè)觀點(diǎn)，但他同時(shí)指出，“就目前的化學(xué)體系來(lái)看，還找不到比磷酸鐵鋰更安全的正極材料，國(guó)家支持的項(xiàng)目為什么都是以磷酸鐵鋰為主的原因也在這里。而錳酸鋰在高溫下的循環(huán)狀況不好，汽車(chē)因?yàn)榘l(fā)熱量比較大，所以它的循環(huán)衰減是非常明顯的?！?/span>
目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)動(dòng)力電池還是以磷酸鐵鋰為主流，但日韓特別是日本仍以錳系居多，安洪力表示，一方面是國(guó)內(nèi)錳酸鋰的技術(shù)不行，另一方面國(guó)人有看法偏差，專(zhuān)家還是更傾向于磷酸鐵鋰，但在成本上，錳酸鋰更具優(yōu)勢(shì)。
磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)在于安全性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，所以在電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用較多。但由于專(zhuān)利問(wèn)題限制，雖然國(guó)內(nèi)有眾多廠家研發(fā)生產(chǎn)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，但因技術(shù)和制程水平差異，產(chǎn)品質(zhì)量仍良莠不齊。而錳酸鋰和三元材料在電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)工具上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
??? 電解液的安全保障
??? 電解液與電極的相容性直接影響電池的性能，作為一種易燃的有機(jī)溶劑，鋰電池電解液也成為動(dòng)力電池發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故的主要原因之一。有業(yè)內(nèi)人士指出，“如果采用現(xiàn)有的消費(fèi)電子鋰電池的電解液配方，是無(wú)法做出有價(jià)值的動(dòng)力鋰電池的”。
從電池安全性考慮，要求電解液具有良好的熱穩(wěn)定性，使電池在發(fā)熱產(chǎn)生高溫的條件下仍保持穩(wěn)定，不至于電池發(fā)生熱失控。新宙邦毛玉華表示，“對(duì)動(dòng)力電池安全性造成威脅的，主要是電解液的可燃性。目前有兩種方式可增強(qiáng)其安全性，一個(gè)是做阻燃電解液，另一個(gè)是做聚合物的電池?！?/span>
據(jù)了解，阻燃電解液通常是通過(guò)在常規(guī)電解液中加入阻燃劑獲得的，加入阻燃劑是為了提高其燃燒的氧指數(shù)，一般材料的氧指數(shù)超過(guò)27時(shí)就屬于難燃物質(zhì)。在電解液中加入阻燃劑，能有效抑制電解液的燃燒，被認(rèn)為是目前提高鋰離子電池安全性最直接有效的方法。毛玉華表示，“新宙邦的阻燃電解液已經(jīng)研發(fā)好幾年了?！?/span>
??? 對(duì)于動(dòng)力電池的電解液而言，阻燃劑的添加并非難事，如何在保證電解液安全性的同時(shí)，兼顧其它常規(guī)性能成為阻燃電解液研發(fā)的難點(diǎn)。對(duì)此，毛玉華認(rèn)為，“如果影響了常規(guī)性能，只能說(shuō)明選擇的添加劑不對(duì)，或者做的方法不對(duì)，新宙邦的阻燃電解液是不會(huì)影響常規(guī)性能的?！?/span>
阻燃電解液的能否發(fā)展，成本問(wèn)題很關(guān)鍵，尋找高效廉價(jià)的阻燃劑，也成為目前阻燃電解液研究需要迫切解決的問(wèn)題。毛玉華表示，新宙邦的阻燃電解液有幾種方案，有一種方案價(jià)格跟常規(guī)電解液差不多，第二種方案價(jià)格則較常規(guī)貴兩倍多。
此外，他指出，相對(duì)于阻燃電解液，聚合物電池發(fā)展更為成熟，但聚合物電池目前也還沒(méi)有商業(yè)化應(yīng)用在動(dòng)力電池，仍處于技術(shù)摸索階段。
“電池在汽車(chē)的應(yīng)用上其實(shí)還有很多需要考量的安全問(wèn)題”，楊智偉認(rèn)為，磷酸鐵鋰是可以解決電池由于材料所造成的安全性問(wèn)題，但電池怎么組裝、怎么使用，包括機(jī)電的配合等，都還有很多安全隱患存在。
對(duì)于鋰電池的研制和生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，電池的安全性不僅指在各種測(cè)試條件下不出現(xiàn)起火、爆炸等現(xiàn)象，最為重要的是，要確保使用者在電池濫用的條件下不受到傷害。隨著電池體系、材料等安全性問(wèn)題的深入研究，需要從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用，共同努力，確保動(dòng)力鋰電池的安全。
正如一位在鋰電行業(yè)多年的PACK商所說(shuō)，“動(dòng)力鋰電池的安全性是一個(gè)很重要的體系問(wèn)題，它是一個(gè)系統(tǒng)工程，不管是制作工藝也好，包括材料如何匹配，電池如何組裝，包括保護(hù)板、電池測(cè)試等，都是需要很多團(tuán)隊(duì)去潛心研究的一個(gè)東西?！?/span>
有人認(rèn)為，在動(dòng)力鋰電池安全性問(wèn)題中，電極材料中的正極材料是關(guān)鍵，也是引發(fā)鋰離子動(dòng)力電池安全隱患的主要原因；也有人指出，動(dòng)力鋰電池發(fā)展到今天，正極材料已經(jīng)足夠滿(mǎn)足其安全性需求了，首要問(wèn)題可能還不是材料，而是電池的設(shè)計(jì)。
一位鋰電池行業(yè)的資深從業(yè)者告訴記者，“正極材料和電解液的熱反應(yīng)是電池?zé)崾Э匕l(fā)生的主要原因?！?/span>
??? 正極材料尤為關(guān)鍵
??? “電池應(yīng)用在汽車(chē)上其實(shí)有很多需要考量的安全問(wèn)題，磷酸鐵鋰可以解決電池由于材料所造成的安全性問(wèn)題。”立凱亞以士總經(jīng)理?xiàng)钪莻ケ硎尽?/span>
記者了解到，在動(dòng)力鋰電池的安全性問(wèn)題中，電極材料中正極材料尤為關(guān)鍵，也是引發(fā)動(dòng)力鋰電池安全隱患的主要原因。
電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動(dòng)力鋰電池安全性的重要因素，和負(fù)極材料相比，正極材料能量密度和功率密度低，其與電解液的熱反應(yīng)也被認(rèn)為是電池?zé)崾Э匕l(fā)展的主要誘因。因此，尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料成為動(dòng)力鋰電池的關(guān)鍵。
一位從業(yè)多年的正極材料生產(chǎn)商告訴記者，衡量正極材料的安全性主要在于兩個(gè)方面：一是看其是否容易在充電時(shí)形成枝晶；二是看其發(fā)生氧化還原放熱反應(yīng)的溫度。
電池充電時(shí)，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負(fù)極直接短路。而且，金屬鋰非常活潑，可直接和電解液反應(yīng)放熱，其熔點(diǎn)又很低，即使表面金屬鋰枝晶沒(méi)有刺穿隔膜，只要溫度稍高，金屬鋰就會(huì)溶解，從而引發(fā)短路。材料發(fā)生氧化還原熱反應(yīng)的溫度越高，表明其氧化能力越弱，正極材料的氧化能力越強(qiáng)，發(fā)生反應(yīng)就越劇烈，也越容易引發(fā)安全事故。
高工鋰電產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)顯示，鈷酸鋰和三元材料具有較強(qiáng)的氧化性，用于動(dòng)力電池的安全隱患較大，一般不作為動(dòng)力電池正極材料使用；錳酸鋰和磷酸鐵鋰的氧化性弱，熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于鈷酸鋰和三元材料，被認(rèn)為是目前最適合用于動(dòng)力鋰電池的正極材料。
中信國(guó)安盟固利技術(shù)人員安洪力表示，“錳酸鋰和磷酸鐵鋰應(yīng)用在動(dòng)力電池的安全系數(shù)比較高，兩者相較，磷酸鐵鋰對(duì)原材料的一致性要求又更高一點(diǎn)，工藝也更復(fù)雜，錳酸鋰相對(duì)來(lái)說(shuō)，原材料控制得更好一些，所以做電池的工藝相對(duì)磷酸鐵鋰容易一點(diǎn)?！?/span>
有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，磷酸鐵鋰能量密度低，重量體積功率低，很難滿(mǎn)足動(dòng)力電池用在汽車(chē)上的可持續(xù)發(fā)展。
對(duì)此，楊智偉表示同意這個(gè)觀點(diǎn)，但他同時(shí)指出，“就目前的化學(xué)體系來(lái)看，還找不到比磷酸鐵鋰更安全的正極材料，國(guó)家支持的項(xiàng)目為什么都是以磷酸鐵鋰為主的原因也在這里。而錳酸鋰在高溫下的循環(huán)狀況不好，汽車(chē)因?yàn)榘l(fā)熱量比較大，所以它的循環(huán)衰減是非常明顯的?！?/span>
目前，國(guó)內(nèi)汽車(chē)動(dòng)力電池還是以磷酸鐵鋰為主流，但日韓特別是日本仍以錳系居多，安洪力表示，一方面是國(guó)內(nèi)錳酸鋰的技術(shù)不行，另一方面國(guó)人有看法偏差，專(zhuān)家還是更傾向于磷酸鐵鋰，但在成本上，錳酸鋰更具優(yōu)勢(shì)。
磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)在于安全性好，循環(huán)壽命長(zhǎng)，所以在電動(dòng)汽車(chē)和儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用較多。但由于專(zhuān)利問(wèn)題限制，雖然國(guó)內(nèi)有眾多廠家研發(fā)生產(chǎn)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，但因技術(shù)和制程水平差異，產(chǎn)品質(zhì)量仍良莠不齊。而錳酸鋰和三元材料在電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)工具上有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
??? 電解液的安全保障
??? 電解液與電極的相容性直接影響電池的性能，作為一種易燃的有機(jī)溶劑，鋰電池電解液也成為動(dòng)力電池發(fā)生火災(zāi)甚至爆炸事故的主要原因之一。有業(yè)內(nèi)人士指出，“如果采用現(xiàn)有的消費(fèi)電子鋰電池的電解液配方，是無(wú)法做出有價(jià)值的動(dòng)力鋰電池的”。
從電池安全性考慮，要求電解液具有良好的熱穩(wěn)定性，使電池在發(fā)熱產(chǎn)生高溫的條件下仍保持穩(wěn)定，不至于電池發(fā)生熱失控。新宙邦毛玉華表示，“對(duì)動(dòng)力電池安全性造成威脅的，主要是電解液的可燃性。目前有兩種方式可增強(qiáng)其安全性，一個(gè)是做阻燃電解液，另一個(gè)是做聚合物的電池?！?/span>
據(jù)了解，阻燃電解液通常是通過(guò)在常規(guī)電解液中加入阻燃劑獲得的，加入阻燃劑是為了提高其燃燒的氧指數(shù)，一般材料的氧指數(shù)超過(guò)27時(shí)就屬于難燃物質(zhì)。在電解液中加入阻燃劑，能有效抑制電解液的燃燒，被認(rèn)為是目前提高鋰離子電池安全性最直接有效的方法。毛玉華表示，“新宙邦的阻燃電解液已經(jīng)研發(fā)好幾年了?！?/span>
??? 對(duì)于動(dòng)力電池的電解液而言，阻燃劑的添加并非難事，如何在保證電解液安全性的同時(shí)，兼顧其它常規(guī)性能成為阻燃電解液研發(fā)的難點(diǎn)。對(duì)此，毛玉華認(rèn)為，“如果影響了常規(guī)性能，只能說(shuō)明選擇的添加劑不對(duì)，或者做的方法不對(duì)，新宙邦的阻燃電解液是不會(huì)影響常規(guī)性能的?！?/span>
阻燃電解液的能否發(fā)展，成本問(wèn)題很關(guān)鍵，尋找高效廉價(jià)的阻燃劑，也成為目前阻燃電解液研究需要迫切解決的問(wèn)題。毛玉華表示，新宙邦的阻燃電解液有幾種方案，有一種方案價(jià)格跟常規(guī)電解液差不多，第二種方案價(jià)格則較常規(guī)貴兩倍多。
此外，他指出，相對(duì)于阻燃電解液，聚合物電池發(fā)展更為成熟，但聚合物電池目前也還沒(méi)有商業(yè)化應(yīng)用在動(dòng)力電池，仍處于技術(shù)摸索階段。
“電池在汽車(chē)的應(yīng)用上其實(shí)還有很多需要考量的安全問(wèn)題”，楊智偉認(rèn)為，磷酸鐵鋰是可以解決電池由于材料所造成的安全性問(wèn)題，但電池怎么組裝、怎么使用，包括機(jī)電的配合等，都還有很多安全隱患存在。
對(duì)于鋰電池的研制和生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，電池的安全性不僅指在各種測(cè)試條件下不出現(xiàn)起火、爆炸等現(xiàn)象，最為重要的是，要確保使用者在電池濫用的條件下不受到傷害。隨著電池體系、材料等安全性問(wèn)題的深入研究，需要從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用，共同努力，確保動(dòng)力鋰電池的安全。
正如一位在鋰電行業(yè)多年的PACK商所說(shuō)，“動(dòng)力鋰電池的安全性是一個(gè)很重要的體系問(wèn)題，它是一個(gè)系統(tǒng)工程，不管是制作工藝也好，包括材料如何匹配，電池如何組裝，包括保護(hù)板、電池測(cè)試等，都是需要很多團(tuán)隊(duì)去潛心研究的一個(gè)東西?！?/span>
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