鋰電池安全問題亟待解決：六大風(fēng)險因素解析

• 陳博 2023年10月20日 來源：中研網(wǎng) 592 33
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鋰電池電解液主要是由有機溶劑組成的，比如PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC（碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等等，當(dāng)然還有其他的一些添加劑。特別是無機鹽LiPF6，LiBF4如果遇到水的時候會放出HF，這個是劇毒物質(zhì)，對人體，特別是骨骼腐p

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在新能源汽車對傳統(tǒng)燃油車的替代趨勢基本確定的背景下，鋰電池憑借能量密度高、放電功率高、循環(huán)壽命長等優(yōu)勢，是目前電動汽車使用的主要動力電池。然而近年來，鋰電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的安全事故偶有發(fā)生，對消費者的生命與財產(chǎn)安全造成了威脅。

為應(yīng)對鋰電池安全性問題，促進我國新能源汽車等戰(zhàn)略新興行業(yè)的健康發(fā)展，我國公布了《電動汽車用動力蓄電池安全要求》強制國家標準，該標準自 2021 年開始施行，強制要求鋰電池出廠前進行嚴密的安全測試，包括電芯的 6 項與電池系統(tǒng)的 15 項安全性試驗，以確保鋰電池的使用安全。

隨著強制標準的施行，鋰電池安全性門檻明顯提升，電池安全性的保障程度將愈發(fā)受到生產(chǎn)企業(yè)、終端使用者和政府監(jiān)管部門的重視，而鋰電池企業(yè)將如何最大程度降低鋰電池的安全問題，是鋰電池及相關(guān)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

一、起火風(fēng)險

鋰電池是能量單元，內(nèi)短路、外短路、熱失控都可能引發(fā)起火。

鋰電池在正常使用條件下是安全的，但如果電池發(fā)生過充、短路、碰撞、進水等情況，有起火爆炸的危險。如不能有效控制，甚至?xí)?dǎo)致電動車整車燃燒，給乘客生命安全帶來威脅。

二、爆炸風(fēng)險

鋰電池?zé)崾Э貢r，會產(chǎn)品大量可燃氣體并導(dǎo)致壓力劇增，爆炸風(fēng)險就來了。以“三星Note7手機爆炸事件”而言，手機爆炸燃燒與其鋰電池的設(shè)計缺陷有直接關(guān)系。三星正是為了提升電池的能量密度、延長續(xù)航能力，采用了更薄的隔膜材料，才導(dǎo)致電池的陰極和陽極相接觸，發(fā)生了電池自燃現(xiàn)象。

三、化學(xué)風(fēng)險

鋰電池的電解液有強烈的腐蝕性，電池?zé)崾Э貢r會釋放出有毒氣體，帶來化學(xué)風(fēng)險。

鋰電池電解液分兩種，一種是酸性電解液，一種是堿性，其主要成分前者是硫酸，后者是氫氧化鈉，二者都具有強烈的腐蝕性，主要會造成中毒，化學(xué)腐蝕，以及人體臟器機械損傷，其危害不言而喻。

鋰電池電解液主要是由有機溶劑組成的，比如PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等等，當(dāng)然還有其他的一些添加劑。特別是無機鹽LiPF6，LiBF4如果遇到水的時候會放出HF，這個是劇毒物質(zhì)，對人體，特別是骨骼腐蝕性極強。總體地說，其電解液pH值一般在5.5~6.5之間，略顯酸性。

四、材料的風(fēng)險

正極材料的安全隱患：當(dāng)鋰電池包使用不當(dāng)時，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會發(fā)生活性物質(zhì)的分解和電解液的氧化。同時，這兩種反應(yīng)能夠產(chǎn)生大量的熱，從而造成電池溫度的進一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對活性物質(zhì)晶格轉(zhuǎn)變、分解溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。

負極材料的安全隱患：早期使用的負極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產(chǎn)生鋰枝晶，進而刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。

五、制造過程中的風(fēng)險

鋰電池包在制造過程中，電極制造、電池裝配等過程都會對電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無一不影響電池的性能和安全性。

六、隔膜與電解液的風(fēng)險

鋰電池的電解液為鋰鹽與有機溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分解，并與微量的水以及有機溶劑之間進行熱化學(xué)反應(yīng)，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機溶劑為碳酸酯類，這類溶劑沸點、閃點較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應(yīng)，易被氧化。

近年來，鋰電池商業(yè)化應(yīng)用快速發(fā)展，為應(yīng)對新能源汽車等終端應(yīng)用市場對鋰電池不斷提升的要求，鋰電池新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)多種技術(shù)路線并存的情形。目前，鋰電池的技術(shù)路線差異主要表現(xiàn)在正極材料體系和封裝形式等方面。

一是鋰電池的正極材料技術(shù)路線存在差異。正極材料是鋰電池的重要組成部分，其特性對于電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性能等具有重要影響，技術(shù)路線主要包括三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等。電池精密結(jié)構(gòu)件及材料憑借其較強的通用性可廣泛用作鋰電池的封裝或?qū)щ姴牧?，一般不受正極材料技術(shù)路線的影響。

二是鋰電池的封裝形式存在差異。封裝形式是指單體鋰電池的封裝結(jié)構(gòu)，不同的封裝形式應(yīng)不同的工藝制程，也對應(yīng)了不同形態(tài)的電池精密結(jié)構(gòu)件。目前，鋰電池封裝形式技術(shù)路線主要包括圓柱、方形、軟包三種形式

目前，圓柱、方形和軟包三類鋰電池特性各有優(yōu)劣，在全球市場呈“三分天下”的競爭格局，均有較大的市場發(fā)展空間。

2020 年 9 月，特斯拉推出了 46800 大圓柱電池方案。與傳統(tǒng)的小圓柱電池相比，大圓柱電池技術(shù)可降低電池包中電池的數(shù)量以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件數(shù)量，提升能量密度、簡化電池管理系系統(tǒng)要求高于方形電池的劣勢。

從目前進展來看，2022 年特斯拉已實現(xiàn) 4680 大圓柱電池量產(chǎn)，周產(chǎn)能達到86.8 萬顆，約對應(yīng) 1000 輛 ModelY 的需求。2022 年 9 月，寶馬集團宣布從 2025年起在其新車型中使用 46 系列圓柱電芯，并將首批合作伙伴鎖定為寧德時代和億緯鋰能。國內(nèi)外其他知名電池廠商亦在穩(wěn)步推進 4680 大圓柱電池布局。儲能鋰電池行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，但由于技術(shù)、政策、成本等原因，我國儲能鋰電池市場起步相對較晚。目前，我國儲能鋰電池主要用于通信基站、用戶側(cè)削峰填谷、離網(wǎng)電站、微電網(wǎng)、軌道交通等，部分還出口東南亞、歐美、澳大利亞等市場。

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