鉅大LARGE | 點擊量：281次 | 2022年05月31日
究竟鋰電池安全嗎？
鋰離子單體的電池重要用在手機、數(shù)碼相機等小型消費電子產(chǎn)品上。在2006年之前，由于自動化技術(shù)不成熟、產(chǎn)品標準不完善以及檢測技術(shù)不過關(guān)等因素，單體電池偶爾會發(fā)生過熱起火、爆炸等安全事故，有時也造成失火事故乃至傷人事件。隨著技術(shù)進步，這些安全事故發(fā)生概率逐步降低，但在2013年，有人因在蘋果手機充電時打電話造成漏電被電擊致死，還有一人的蘋果手機電池發(fā)生自燃。單體電池的安全問題再一次引起人們關(guān)注。
單體電池的安全問題一般都是由于電池非正常使用情況如過充、過熱或短路等熱失控造成的，表現(xiàn)為電池變形、漏液、起火、爆炸等。鋰離子電池之所以會發(fā)生安全問題，與其固有結(jié)構(gòu)分不開。
鋰離子電池重要有正極材料、負極材料、電解液、隔膜組成。正常充電情況時，鋰離子電解液中進入正極材料，負極一側(cè)電解液中的鋰離子通過隔膜進入正極一側(cè)的電解液，負極材料上金屬鋰變成鋰離子進入電解液。但在非正常使用情況下，一旦正極材料穩(wěn)定性稍差，就極易釋放出氧氣，與電解液中的碳酸酯發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱和氣體，而負極材料中還有活性強的金屬鋰，與氧氣接觸會立即燃燒并引燃電解液、隔膜等。尤其是鋁殼鋰離子電池，由于外殼具有一定強度，使得大量的熱量和氣體在內(nèi)部急劇，從而引起爆炸。
此前大部分人都以為，聚合物鋰離子電池比液態(tài)電解液的鋰離子電池更安全，原因是聚合物電池的電解液為膠狀、半固態(tài)，著火點更高，同時聚合物電池可以使用軟包裝，可以更早的突破殼體，防止氣體和熱量聚集過多。但今年以來的聚合物電池引發(fā)的安全事故顛覆了這一認識。聚合物電池同樣使用正負極材料、隔膜和有機電解液，而且電解液為膠狀，不易泄漏，將會發(fā)生更猛烈的燃燒。燃燒也是聚合物電池安全性最大的問題。
可見，安全問題是鋰離子電池的本質(zhì)屬性，只能通過技術(shù)手段如采用更加安全的電池材料、防爆閥、保護電路等手段以及提高生長過程中質(zhì)量控制水平，最大限度降低安全事故發(fā)生概率。尤其是保護電路，它能在過充、過熱或者短路時快速切斷電流，對保護電池安全極為重要。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池組安全問題聚焦
關(guān)于鋰離子電池來說，目前安全問題更為突出的還是在動力鋰電池即電池組。一方面在于電池組發(fā)生安全事故的頻率遠高于單體電池，僅在2013年就發(fā)生了超過十起由電池組引起的電動汽車安全事故，包括起火、運行故障等，而由電池組引發(fā)的電動自行車的安全事故見報道的就超過了數(shù)百起。更重要的原因是電池組引發(fā)的安全事故的危害以及影響力大大超過單體電池。如波音客機上鋰離子電池組起火不僅影響了波音公司信譽，還幾乎導(dǎo)致鋰離子電池退出飛機應(yīng)用市場。而電動汽車市場發(fā)展不如預(yù)期，電池安全問題也是非常重要的因素之一。
鋰離子電池組的結(jié)構(gòu)基本相似，都是借助電源管理系統(tǒng)將多個單體電池通過串并聯(lián)的方式連接起來，實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓和能量輸出/輸入。鋰離子電池組的安全問題除了單體電池本身造成之外，還與電池組的容量以及大小有關(guān)。容量高的電池放熱量高，體積大的電池組散熱相對困難，熱量更容易被累積，從而導(dǎo)致熱失控。筆記本電腦的6芯鋰離子電池重量約為400g，電動自行車所用鋰離子電池組的重量約為4kg，電動汽車則要用到更大電池，如特斯拉公司ModelS的原型車使用的鋰離子電池組高達400kg以上，就更容易引發(fā)安全事故。
假如不考慮單體電池安全因素，鋰離子電池組的安全問題是可以防止的，只要保證每個電池的散熱良好以及保護電路及時有效。但實際上這一點很難實現(xiàn)，重要在于電池組都是將多個單體電池置于一個狹小的空間內(nèi)，難以保證每個電池都能散熱良好。同時由于各個電池所處環(huán)境不同，其發(fā)熱情況也有所差異。這大大新增了電池管理難度，給電池管理系統(tǒng)帶來極大的不確定性。一旦電源管理系統(tǒng)無法正常工作，電池組發(fā)生安全事故的可能性就非常高。
關(guān)于筆記本電池而言，由于其單體電池數(shù)量較少，各個電池環(huán)境變化相對較小，管理難度較低，尤其是隨著單體電池安全性提高以及電池管理技術(shù)進步，現(xiàn)已基本沒發(fā)生安全事故。但關(guān)于電動自行車和電動汽車電池而言，其單體電池數(shù)量幾十個至幾千個不等，各個電池環(huán)境變化相對較小，管理難度非常大，沒有極為先進的電池管理系統(tǒng)，很難保證不發(fā)生安全事故。事實也證明了這一點，動力鋰電池引發(fā)的安全事故比比皆是。我國電動自行車起火事件頻發(fā)，包括通用、卡瑪、日產(chǎn)、比亞迪等幾乎所有品牌都發(fā)生過由電池組引發(fā)的安全事故，唯一例外的是特斯拉。特斯拉的電池組采用了6000多個單體電池，遠遠超過其他電動汽車廠商，但憑借其強大的電池管理系統(tǒng)，特斯拉至今未發(fā)生一起有電池組引發(fā)的安全事故。
由此可見，鋰離子電池組的安全問題是可以解決的，采用安全性更高的單體電池、合理安排電池結(jié)構(gòu)以及強大的電池管理系統(tǒng)等手段可以最大程度降低安全事故發(fā)生概率。特斯拉恰恰證明了這一點，其表現(xiàn)值得每一個動力鋰電池組生產(chǎn)公司和電動汽車廠商學(xué)習(xí)。
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