鋰電池安全問題再認識

如今鋰電池不僅作為各類消費型電子產品最緊要的電源，還廣泛使用于電動工具、電動自行車、電動車、儲能等范疇。經過20多年的發展過程，鋰電池的性能顯著提高：

電池容量以及比能量不斷提高，循環次數一路上升，價格繼續下降。但困擾其發展的頭號難題——安全性卻一直未能得到有效處理。鋰電池一旦發生安全事故，不僅僅會造成財產損失，還有可能造成人身傷害乃至死亡。安全問題已經成為影響鋰電池新興市場發展的關鍵因素之一。

單體電池安全問題不容忽視

鋰離子單體的電池緊要用在手機、數碼相機等小型消費電子產品上。在2006年之前，由于自動化技術不成熟、產品標準不完善以及測試技術不過關等因素，單體電池偶爾會發生過熱起火、爆炸等安全事故，有時也造成失火事故乃至傷人事件。隨著技術進步，這些安全事故發生概率逐步降低，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生自燃。單體電池的安全問題再一次引起人們關注。

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，表現為電池變形、漏液、起火、爆炸等。鋰電池之所以會發生安全問題，與其固有結構分不開。

鋰電池緊要有正極材料、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，負極一側電解液中的鋰離子通過隔膜進入正極一側的電解液，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，一旦正極材料穩定性稍差，就極易釋放出氧氣，與電解液中的碳酸酯發生反應，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。尤其是鋁殼鋰電池，由于外殼具有一定強度，使得大量的熱量和氣體在內部急劇，從而引起爆炸。

此前大部分人都以為，聚合物鋰電池比液態電解液的鋰電池更安全，原由是聚合物電池的電解液為膠狀、半固態，著火點更高，同時聚合物電池可以使用軟包裝，可以更早的沖破殼體，戒備氣體和熱量集中過多。但今年以來的聚合物電池引發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，將會發生更猛厲的燃燒。燃燒也是聚合物電池安全性最大的問題。

可見，安全問題是鋰電池的本質屬性，只能通過技術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量控制水平，最大限度降低安全事故發生概率。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緊要。

電池包安全問題聚焦

關于鋰電池來說，目前安全問題更為突出的還是在動力鋰離子電池即電池包。一方面在于電池包發生安全事故的頻率遠高于單體電池，僅在2013年就發生了超過十起由電池包引起的電動車安全事故，包括起火、運行故障等，而由電池包引發的電動自行車的安全事故見報道的就超過了數百起。更緊要的原由是電池包引發的安全事故的危害以及影響力大大超過單體電池。如波音客機上鋰電池包起火不僅影響了波音公司信譽，還幾乎導致鋰電池退出飛機使用市場。而電動車市場發展不如預期，電池安全問題也是非常緊要的因素之一。

鋰電池包的結構基本相近，都是借助電源管理系統將多個單體電池通過串并聯的方式連接起來，實現穩定的電壓和能量輸出/輸入。鋰電池包的安全問題除了單體電池本身造成之外，還與電池包的容量以及大小有關。容量高的電池放熱量高，體積大的電池包散熱相對困難，熱量更容易被累積，從而導致熱失控。筆記本電腦的6芯鋰電池重量約為400g，電動自行車所用鋰電池包的重量約為4kg，電動車則要用到更大電池，如特斯拉公司ModelS的原型車使用的鋰電池包高達400kg以上，就更容易引發安全事故。

倘若不考慮單體電池安全因素，鋰電池包的安全問題是可以戒備的，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，緊要在于電池包都是將多個單體電池置于一個狹小的空間內，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境不同，其發熱情況也有所差異。這大大新增了電池管理難度，給電池管理系統帶來極大的不確定性。一旦電源管理系統無法正常工作，電池包發生安全事故的可能性就非常高。

關于筆記本電池而言，由于其單體電池數量較少，各個電池環境變化相對較小，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進步，現已基本沒發生安全事故。但關于電動自行車和電動車電池而言，其單體電池數量幾十個至幾千個不等，各個電池環境變化相對較小，管理難度非常大，沒有極為先進的電池管理系統，很難保證不發生安全事故。事實也證明了這一點，動力鋰離子電池引發的安全事故比比皆是。我國電動自行車起火事件頻發，包括通用、卡瑪、日產、比亞迪等幾乎所有品牌都發生過由電池包引發的安全事故，唯一例外的是特斯拉。特斯拉的電池包采用了6000多個單體電池，遠遠超過其他電動車廠商，但憑借其強大的電池管理系統，特斯拉至今未發生一起有電池包引發的安全事故。

由此可見，鋰電池包的安全問題是可以處理的，采用安全性更高的單體電池、合理安排電池結構以及強大的電池管理系統等手段可以最大程度降低安全事故發生概率。特斯拉恰恰證明了這一點，其表現值得每一個動力鋰離子電池包加工公司和電動車廠商學習。

安全警鐘長鳴

鋰電池安全問題格外突出。目前部分公司、社會輿論對此缺乏全面、清醒的認識：要么一葉障目，認為鋰電池安全問題不可能完全根治，對行業整體的發展持過度悲觀情緒;要么對出現的問題視而不見，在解決問題的過程中不予積極配合。重視正視安全，是處理鋰電池安全問題的前提。

由于鋰電池引發的安全事故多數發生在運輸、使用階段，各方往往把安全事故原由多歸結于外部因素，忽視了鋰電池自身因素，造成了希望通過外部檢驗來發現和防范鋰電池存在的安全因素。但這只能治標不能治本。因為鋰電池的安全性是設計和制造出來的，不是測試出來的。測試只能戒備不合格產品流入市場，從而戒備其引發的安全事故，但關于測試的合格產品引發的安全事故無濟于事。而當前發生安全事故的鋰電池基本上都是合格產品。因此要想到達治本的目的，就要從鋰電池自身因素著手，在電池設計、選材、加工工藝以及成組技術等關鍵環節下功夫。

首先，電池材料的選材非常緊要，如其中存在雜質或制造精度控制差都將有可能引發安全事故，為此所有原材料都應當進行入廠檢驗，并控制其加工過程的一致性。

其次，電池結構設計要充足考慮鋰電池安全性要求，重點在電極容量平衡、電極設計、極耳設計、泄露裝置、短路保護電路等方面。

第三，單體電池加工環節的每道工序都存在影響電池安全以及同一批次電池一致性的風險因素，非得進行防止和控制。這也是影響電池安全最緊要的環節，我國電池加工公司尤其是要提高加工環節的質量控制點。

最后，成組技術要考慮電池包整體設計以及封裝過程對安全性的影響。整體設計安全性要突出考慮阻燃、絕緣、過熱短路、內部配線等;封裝過程則是要保證一致性和可靠性。

安全問題不是不能處理，要各方充足認識并予以高度關注，加工公司在加工過程中增強質量控制，監管部門要增強加工過程安全控制監管力度，測試環節要提高測試水平。惟有這樣，安全問題才能得到處理，鋰電池才會迎來下一個快速發展期。

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