如舞臺虎獅表演，必須由馴獸師來指揮，目前鋰電池之“獸性”尚未被人們弄清與掌握，在應(yīng)用于大容量儲電及車輛運(yùn)行惡劣工況之條件下須慎重應(yīng)對
沙永康
中國對新能源汽車的熱情所帶來的風(fēng)潮，正在使曾經(jīng)在移動通信和移動視聽方面帶來極大便利的鋰電池成為最熱門的競爭和關(guān)注點(diǎn)之一。
但是，當(dāng)更多人在續(xù)航里程、電池壽命甚至廢舊電池如何處理等方面絞盡腦汁時，一個非常重要的根本問題似乎被忽視了，那就是——它足夠安全嗎?
1978年3月，供職于美國�？松凸镜幕瘜W(xué)家(工程師)斯坦利·韋廷漢姆發(fā)明鋰電池時，或許并未想到此后的30多年間，這項(xiàng)發(fā)明給人類的科技生活帶來了巨大的改變，而鋰，這個自然界已知的最輕金屬從此變得與人類更加親密起來。
當(dāng)時，韋廷漢姆把鈦硫化合物做負(fù)極、鋰金屬作正極，制成了世界上第一個鋰電池原型。
其工作原理是通過鋰離子在電池正、負(fù)極之間形成電流循環(huán)運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)充、放電的過程。因此鋰電池又被稱作鋰離子電池。
幾十年里，經(jīng)過不斷對正負(fù)極材料進(jìn)行改進(jìn)，體積更小、能量密度更大以及價格更低的鋰電池被制造出來，移動電話的問世，進(jìn)一步推動了其微型化和輕量化，后來又普及于微型電子產(chǎn)品，如音樂播放器，今天更被看作成風(fēng)潮正勁的電動汽車的必然之選。
但是，近幾年手機(jī)和音樂播放器電池頻發(fā)的爆炸事故，似乎又在敲響警鐘——這個給人們生活帶來便利的東西看起來并不是想象中的那么安全。是制造商放松了品質(zhì)管理了?研發(fā)者對電池某種要素進(jìn)行了改變?還是人們重視儲電量而輕視了安全性?
一個手機(jī)鋰電池內(nèi)含鋰金屬不足5g，一輛最初始的電動微轎，若儲電30kwh以上，其電池組內(nèi)含鋰金屬約50kg左右，手機(jī)電池的爆炸尚會令人談虎色變，一組微轎電池若發(fā)生萬一，后果不可想象。
中國曾發(fā)生過鋰電池裝在電動車輛上后，停放于車庫，晚間突然起火，連同整車一起化為灰燼的情況，幾個月前亦曾有混合動力大客車發(fā)生自燃現(xiàn)象，只是發(fā)現(xiàn)和處置得早，才未釀大害。顯然，居安思危、未雨綢繆，是電池、電動汽車業(yè)者的責(zé)任。
事實(shí)上，鋰電池存在爆炸的安全隱患，原因眾多，有待破解，但顯然都與其自身的構(gòu)成要素脫不了干系。
通常一塊鋰電池正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)、單體外包裝等五大要素組成。當(dāng)年，索尼公司研制成功的第一批商用鋰電池，其正極由鋰的化合物鈷酸鋰制成，但由于鈷屬于稀有金屬，后來多采用錳、鐵、釩、鎳等以及高分子合成材料，甚至以空氣作為電極之媒介，不同的正極材料，其能量、安全性、工作電壓各異。
負(fù)極由石墨及各種混合、合成、復(fù)合材料擔(dān)當(dāng)。石墨分子的空間，是供鋰離子儲存的空間格子。
充電時，正極的鋰離子絕大部分轉(zhuǎn)移至負(fù)極的空格內(nèi)，當(dāng)負(fù)極上鋰離子過度積聚到一定極限，鋰離子就會溢出，生成枝狀晶體，這些晶體生長蔓延，刺破隔膜，使正負(fù)極接觸，于是短路就發(fā)生了，此時的短路會瞬間釋放出大量的熱，使容易發(fā)熱的和燃燒的電解質(zhì)沸騰起來，最終爆炸，稱為“熱失效”。此外高溫、刺穿、擊穿、金屬屑連通以及車輛碰撞造成對電池的擠壓都成為正負(fù)極短路出現(xiàn)熱失效的原因。
因此，盡管現(xiàn)在一些采用固體聚合物作為電解質(zhì)的鋰電池，因不會漏液降低了爆炸的可能性，但由于鋰電池是通過內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)將外界充進(jìn)的電轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲藏到電池，同樣通過化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為輸出的電能，這樣的過程會產(chǎn)生溫度，一旦溫度過高，危險性也就隨之而來。
更何況鋰電池本身具有自放電的特征，即在電池外界不充、不放的條件下，它內(nèi)部正在進(jìn)行程度快慢不一的化學(xué)反應(yīng)，電池性能優(yōu)異的自放電率低，反之則“自放電率”很高。這種內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)會使得一部放在桌子上的音樂播放器在關(guān)機(jī)狀態(tài)發(fā)生自爆炸。
充電放熱、放電吸熱是鋰電池的一個特征，但有時候充電太快也會出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，這是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)來不及將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時電池升溫則是化學(xué)能來不及轉(zhuǎn)化成電能所致，因此充電時一般由管理系統(tǒng)而無恙，但放電時反而會出問題。
基于這樣的原理，鋰電池放電的電流不宜太大，若電流太大、持續(xù)時間太長或許會使化學(xué)反應(yīng)劇烈而升溫發(fā)熱，乃至起火爆炸。
事實(shí)上，現(xiàn)在宣傳的有關(guān)于鋰電池能快充電、快放電的概念，是相對鉛酸電池等快一點(diǎn)而已，但若超出鋰電池充放電之極限，危險也許就在不遠(yuǎn)處潛伏。
至于鋰電池到底合適多大電流放電，應(yīng)由實(shí)際來定，但對于汽車行駛工況而言，瞬間大電流放電是常事，這對鋰電池來說是個考驗(yàn)。
現(xiàn)在，充放電的過程是可控的，可以通過制造工藝、金屬粉末、灰塵、人工等降低危險性，但電池內(nèi)自身化學(xué)反應(yīng)目前尚難以控制。
由此看來，鋰電池在使用過程中，是一個微型“活火山”，報廢后的鋰電池似乎是一個“死火山”。報廢后只要不解拆解體，“五大要素”齊全，其化學(xué)反應(yīng)便不會中斷，只是程度降低，因此電池回收站將鋰電池單獨(dú)封存，視其為危險物品。
在分析了鋰電池的原理、產(chǎn)生故障的因素之后，研發(fā)者、制造商需要認(rèn)清鋰電池天使與魔鬼的雙重面孔，并需要找到一種辦法，將安全隱患降到最低。
如舞臺虎獅表演，必須由馴獸師來指揮，目前鋰電池之“獸性”尚未被人們弄清與掌握，在應(yīng)用于大容量儲電及車輛運(yùn)行惡劣工況之條件下須慎重應(yīng)對。
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