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邁入電能源革命時代，總不免擔憂那一柄懸在我們頭上的“達摩克利斯之劍”——鋰離子電池的安全性。為什么應(yīng)用到電動車、儲能電站，鋰離子電池發(fā)生了這么多爆炸事故？記者就此采訪了有關(guān)專家。

大部分電動汽車事故緣于“自燃”

鋰離子電池發(fā)生爆炸事故，其實有一個概率。有專家舉例，比如某進口電動車所用的某進口電池號稱事故概率僅為一千萬分之一，但一輛車上要裝8000只這種電池，相當于一千萬只電池能夠裝1250輛電動汽車。也就是理論上1250輛電動汽車中，就有一輛車里的某只電池有可能會發(fā)生事故。若這個事故屬于電池燃燒或者爆炸級別的事故，就有可能引發(fā)其周圍的電池發(fā)生鏈式反應(yīng)，進而造成電動汽車燃燒的大事故。

為什么鋰離子電池會燃燒甚至爆炸？

“鋰離子電池是一種含能元器件，其主要由正極、負極、電解液和隔膜等組成。”河北科技大學材料學院教授王波解釋，充電后其正極一般為過渡金屬氧化物，具有較強的氧化性；負極則為內(nèi)部嵌入大量鋰的石墨，有極強的還原性。電解液一般為有機酯類，具有熔點低、可燃等特點。由此可見，理論上鋰離子電池本征便可能發(fā)生高放熱的氧化還原反應(yīng)，且其內(nèi)含的可燃電解液也會助推此反應(yīng)，帶來燃燒甚至爆炸的后果。

根據(jù)近年來電動汽車事故場景統(tǒng)計，大部分事故都是由于“自燃”，包括靜置時（電池無充放電）、行駛時（電池放電）和充電時；少部分是有外部熱源、碰撞和控制電路失效時發(fā)生的事故。

“自燃”屬于自發(fā)性熱失控。王波介紹，熱失控是由于鋰離子電池在發(fā)生了擠壓變形、穿刺或者高溫炙烤等導致隔膜被破壞引發(fā)正負極短路，或者由于電池外部短路，導致鋰離子電池內(nèi)部短時間內(nèi)積累了大量熱量，引發(fā)正負極活性物質(zhì)和電解液等發(fā)生分解，導致鋰離子電池起火和爆炸，嚴重威脅使用者的生命和財產(chǎn)安全。

據(jù)介紹，隨著鋰電池能量密度和電池容量的不斷提升，鋰電池在使用中往往都是由數(shù)十只、數(shù)百只甚至是數(shù)千只電池通過串并聯(lián)組成，如果其中的一只電池發(fā)生熱失控，就可能會在電池組內(nèi)蔓延，引起嚴重的后果。

威力會有多大？有業(yè)內(nèi)人士表示，光從其儲存電能的角度來說，150Wh/kg能量密度的普通鋰離子電池的電能，大約是三硝基甲苯（TNT）炸藥爆炸產(chǎn)生熱量能量密度的1/10。

鋰電池熱失控難以預(yù)測

自發(fā)式的熱失控是目前鋰離子電池最大的安全“焦慮”。王波說，這種危害最大的自發(fā)式內(nèi)短路是不能預(yù)測的。

主要原因一是這個衰變到內(nèi)短路過程十分緩慢且外界電壓信號不明顯，二是出事的電池都在幾分鐘內(nèi)直接進入破壞式的熱失控，電池全毀，證據(jù)無法回溯，也使得此領(lǐng)域研究進展緩慢。

此外，真正精確模擬自發(fā)式內(nèi)短路的過程，目前仍是一個難題。電池類似一個黑箱，盡管能用一些電化學譜學和原位CT的技術(shù)手段從外部監(jiān)控個別電池的電化學反應(yīng)與內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)變化，但無法預(yù)測數(shù)千萬只電池中哪只會在數(shù)個月或數(shù)年后“猝死”并對其全生命周期的演變進行細致研究。

但王波也表示，根據(jù)電池熱失控前表征參數(shù)體系，也可以進行早期的熱失控探測。采用多傳感器融合技術(shù)（特征氣體、煙霧、溫度），結(jié)合非標鋰電池熱失控判斷算法判斷電池異常狀態(tài)（SOC、溫度、漏液），實時監(jiān)控電池熱失控階段，實現(xiàn)鋰電池熱失控早期分級預(yù)警，對于故障電池的位置能作出有效辨識，根據(jù)預(yù)警信息快速定位。

同時，科學家們也把目光投向更多的新型材料。

“固態(tài)電池和鈉電池是目前研究的新方向，固態(tài)電池未來可能取代鋰電池用于電動汽車，鈉電池未來可能取代鋰電池用于儲能。”王波說，固態(tài)電池將液態(tài)電解質(zhì)替換為固態(tài)電解質(zhì)，大大降低熱失控風險，實現(xiàn)更高的充放電功率；鈉離子電池能量密度不佳，但它的化學性能相對穩(wěn)定，所以它對溫度并不敏感，不容易形成鋰枝晶那樣堅硬的枝晶，在抗低溫和安全性上較同類別的鋰離子電池也有明顯的優(yōu)勢。

業(yè)內(nèi)人士表示，根據(jù)我國能源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，電動汽車在我國中長期能源戰(zhàn)略與未來可持續(xù)發(fā)展中具有重要地位。隨著電池技術(shù)體系的持續(xù)高速發(fā)展，未來5-10年，其可靠性與安全性必將顯著提升。 

原標題：鋰離子電池爆炸，技術(shù)能制止嗎？