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邁入電能源革命時代，總不免擔(dān)憂那一柄懸在我們頭上的“達(dá)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(shí)有一個概率。有專家舉例，比如某進(jìn)口電動車所用的某進(jìn)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(dāng)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?yán)锏哪持浑姵赜锌赡軙l(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?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)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(fù)極、電解液和隔膜等組成。”河北科技大學(xué)材料學(xué)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(qiáng)的氧化性；負(fù)極則為內(nèi)部嵌入大量鋰的石墨，有極強(qiáng)的還原性。電解液一般為有機(jī)酯類，具有熔點(diǎn)低、可燃等特點(diǎn)。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(jì)，大部分事故都是由于“自燃”，包括靜置時（電池?zé)o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(dǎo)致隔膜被破壞引發(fā)正負(fù)極短路，或者由于電池外部短路，導(dǎo)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(fù)極活性物質(zhì)和電解液等發(fā)生分解，導(dǎo)致鋰離子電池起火和爆炸，嚴(yán)重威脅使用者的生命和財(cái)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(yán)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?zé)崾Э仉y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(jìn)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(jìn)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(xué)譜學(xué)和原位CT的技術(shù)手段從外部監(jiān)控個別電池的電化學(xué)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(jìn)行細(xì)致研究。

但王波也表示，根據(jù)電池?zé)崾Э厍氨碚鲄?shù)體系，也可以進(jìn)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(biāo)鋰電池?zé)崾Э嘏袛嗨惴ㄅ袛嚯姵禺惓顟B(tài)（SOC、溫度、漏液），實(shí)時監(jiān)控電池?zé)崾Э仉A段，實(shí)現(xiàn)鋰電池?zé)崾Э卦缙诜旨夘A(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(xué)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(fēng)險(xiǎn)，實(shí)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(xué)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(jiān)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(biāo)題：鋰離子電池爆炸，技術(shù)能制止嗎？