自燃爆炸不斷鋰電池已成為新能源的桎梏？

　　幾日前，網(wǎng)友在微博上傳了一段某國產(chǎn)新能源汽車(chē)在廣州馬路邊電池自燃爆炸的視頻，引起了全民關(guān)注。事發(fā)六天前，威馬新能源汽車(chē)在其成都研究院內剛發(fā)生過(guò)自燃事件。就連新能源汽車(chē)的對標對象特斯拉都未能避免這樣的狀況，北汽、野馬、榮威、比亞迪等也都先后被爆出過(guò)自燃問(wèn)題。中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高就直接指出，目前純電動(dòng)車(chē)最大的風(fēng)險就是電池的安全性。

　　為什么電池成為了新能源的桎梏?

　　眾所周知，新能源汽車(chē)的的優(yōu)勢就在于相較于以汽油為燃料的車(chē)更加低碳環(huán)保。它采用的是非常規的車(chē)用燃料作為動(dòng)力來(lái)源，如鋰電池、氫燃料等。鋰電池的應用領(lǐng)域也非常廣泛，除了新能源汽車(chē)之外，手機、筆記本電腦、平板電腦、移動(dòng)電源、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)工具等等。

　　目前，無(wú)論是全球知名的特斯拉亦或者國內知名的小鵬汽車(chē)、蔚來(lái)汽車(chē)以及比亞迪等主流的新能源汽車(chē)使用的都是鋰電池。這些新能源汽車(chē)廠(chǎng)商使用的鋰電池按照正極材料分類(lèi)又可以分為：磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池(包括 NCA 和 NCM)、錳酸鋰池、鈷酸鋰池、鎳氫電池、鈦酸鋰池等。其中，特斯拉、北汽 E200/150、廣汽傳祺 GA5EV、北京奔馳、華晨寶馬 5 系、蔚來(lái)汽車(chē)等使用的都是三元鋰電池。而曾經(jīng)使用磷酸鐵鋰電池的比亞迪也在后來(lái)轉向了三元鋰電池陣營(yíng)。

　　但是無(wú)論是三元鋰電池亦或者磷酸鐵鋰電池，都躲不開(kāi)易燃易爆的隱患。

　　鋰是世界上最活潑的金屬，由于其化學(xué)特性太活潑，當鋰金屬暴露在空氣中時(shí)會(huì )與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應，因此容易產(chǎn)生爆炸、燃燒等現象。此外，鋰電池充放電過(guò)程中內部也會(huì )產(chǎn)生氧化還原反應，爆炸和自燃主要都是因為鋰電池發(fā)熱后所累積起來(lái)、來(lái)不及擴散和釋放所導致的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是鋰電池在充放電過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的熱量，這會(huì )導致電池內部溫度升高以及單體電池之間的溫度不均勻，從而造成電池的新能不穩定。

　　今年 8 月，蘋(píng)果公司位于荷蘭阿姆斯特丹的零售商店就因 iPad 電池爆炸并向空氣中釋放潛在的有害物質(zhì)，零售店不得不緊急疏散店內的消費者暫時(shí)關(guān)門(mén)。而此前，三星、小米、華為等也都曾被爆出過(guò)手機自燃事件。多次事故顯示，當人們充電不當、或者環(huán)境溫度過(guò)高等情況下，極容易引發(fā)鋰電池自燃、爆炸，這也成為使用廠(chǎng)家的一塊心病。

　　為什么一定要鋰電池

　　電池選擇上的局限，很大程度取決于電池自身的發(fā)展與商用條件。世界上第一個(gè)電池 " 伏特電堆 " 是用鋅板和錫板制成的，之后相繼出現了鋅、銅電池，濕電池、干電池，因不會(huì )遺漏、便于攜帶，干電池在之后很長(cháng)一段時(shí)間內得到了廣泛應用，爾后被愛(ài)迪生發(fā)明的可充電鎳鐵電池所取代。最終采用鈷酸鋰作為正極材料，金屬鋰作為負極材料而制成的鋰離子電池成為了市場(chǎng)最后的選擇。

　　相較于其他電池，鋰電池有著(zhù)明顯的優(yōu)勢。它的使用壽命很長(cháng)，在六年以上，并且電池體積小、能量密度高，可達到 460-600Wh/kg，是鉛酸電池的 6 到 7 倍。目前，特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的 21700 電池系統能量密度就達 300Wh/kg。與此同時(shí)，鋁電池具備高功率承受力，新能源汽車(chē)用的磷酸亞鐵鋰鋰離子電池可達到 15-30C 充放電的能力，這便于汽車(chē)高強度的啟動(dòng)和加速。鋰電池具有高低溫適應性很強、綠色環(huán)保、生產(chǎn)過(guò)程中基本不消耗水等特性。

　　而電池的商用方面，因為受到體積重量、能量的儲存及釋放能力、保存時(shí)間、使用壽命、成本、使用便捷度、量產(chǎn)等多項條件限制，能夠進(jìn)行大規模商業(yè)化應用的電池不過(guò)寥寥。綜合這兩方面原因，鋰電池成為了最佳解決方案。

　　雖然鋰電池本身的屬性決定了其 " 易燃易爆炸 " 的宿命，但并不是完全無(wú)法降低風(fēng)險和安全性的。無(wú)論手機企業(yè)亦或是新能源汽車(chē)公司，通過(guò)合理的電池管理系統以及熱管理系統，電池就能夠保證安全，也不會(huì )發(fā)生爆炸或者自燃現象。

　　如何解決?

　　電池在工作中會(huì )釋放熱量，來(lái)不及釋放就會(huì )自燃、爆炸。因此，可以通過(guò)電池熱管理系統進(jìn)行管理。新能源汽車(chē)配備的熱管理系統是電池管理系統中的一個(gè)子系統，該系統能夠實(shí)現讓電池在溫度過(guò)高的時(shí)候對其進(jìn)行冷卻，而溫度較低的時(shí)候則進(jìn)行預熱，由此更好地發(fā)揮電池的性能，特斯拉獨有的電池管理系統就是典型的代表。

　　特斯拉為其生產(chǎn)的汽車(chē)配了數千塊鈷酸鋰電池以提供動(dòng)能，它應用的 18650 電池壽命能夠循環(huán)充電 1000 多次，但由于電池單位密度容量大，因此自燃、起火的風(fēng)險也就更高。而特斯拉就是通過(guò)其電池管理系統實(shí)現對電池各種物理參數實(shí)時(shí)監測、評估電池使用狀態(tài)、并進(jìn)行在線(xiàn)診斷和預警，同時(shí)也能夠進(jìn)行放電與預充控制、電池的均衡管理和熱管理等。以其電池熱管理為例，通過(guò)液體冷卻，即 50% 的水 +50% 的乙二醇，來(lái)控制電池的溫度升高。

　　事實(shí)上制造商們也早已經(jīng)意識到鋰電池的局限性，燃料電池、石墨烯電池、鋰空氣電池等都是研發(fā)的方向。而燃料電池中氫燃料電池最受關(guān)注，氫能源汽車(chē)作為新能源汽車(chē)的一個(gè)分支，也一直在做商用探索。

　　2008 年，我國自主研制的基于大眾帕薩特車(chē)型，通過(guò)改制和集成的燃料電池車(chē)在同濟大學(xué)新能源汽車(chē)工程中心舉行赴京發(fā)車(chē)儀式，并且在北京奧運會(huì )期間投入運營(yíng)。如今，十年已過(guò)，在今年上海召開(kāi)的 CES Asia 中，現代汽車(chē)就展出了新一代氫燃料電池車(chē) NEXO。該款車(chē)型的燃料電池系統效率達到 60%，已經(jīng)是世界前沿的水平。

　　與鋰電池相比，燃料電池的安全性更好，由于氫氣爆炸要求濃度極高，因此在爆炸前往往已經(jīng)開(kāi)始燃燒，反而很難爆炸。并且，氫氣的密度低于空氣的密度，即便起火也是在氣源的上方，而不會(huì )像鋰電池或者汽油，燃料在車(chē)艙底部，整個(gè)車(chē)會(huì )迅速報廢。此外，燃料電池還擁有發(fā)電效率高、環(huán)境污染小、噪音低、可靠性高、易于建設電池電站等優(yōu)點(diǎn)。

　　當然，燃料電池的成本高、運輸、儲存也是其相比于鋰電池的不足。

　　最 后

　　同樣使用鋰電池的手機，也在自燃、爆炸問(wèn)題上遇到過(guò)一次次的難關(guān)，更遑論新能源汽車(chē)，它要兼顧的難點(diǎn)更多。新能源汽車(chē)是時(shí)代驅動(dòng)的必然，它的大范圍應用毋庸置疑，盡管資金、量產(chǎn)等都是新能源汽車(chē)迫在眉睫的問(wèn)題，但任何時(shí)候，產(chǎn)品的安全都是首位。