鋰電池已經(jīng)成熟應(yīng)用于 3C 電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車領(lǐng)域，在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、通訊、可穿戴產(chǎn)品等新領(lǐng)域也有長(zhǎng)足發(fā)展。

我們也能頻繁聽到一些危險(xiǎn)的聲音，關(guān)于手機(jī)、電腦、充電寶、無人機(jī)等電池爆炸的新聞屢見不鮮，特別是具有較大容量鋰電池的行業(yè)，如電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車行業(yè)，所面臨的自燃風(fēng)險(xiǎn)更大，極易造成人身危險(xiǎn)和大量財(cái)產(chǎn)損失：

電動(dòng)汽車行業(yè)

《2020 年電動(dòng)汽車起火事故分析》中，根據(jù)不*統(tǒng)計(jì)，2020 年 1 - 12 月全年被媒體報(bào)道的燒車事故共 124 起，其中 7/8/9 三個(gè)月的事故數(shù)占全年事故的 49%。電動(dòng)汽車從冒煙到自燃只需要幾秒到幾分鐘不等，甚至?xí)跇O短時(shí)間發(fā)生爆炸燃燒，導(dǎo)致火勢(shì)迅速蔓延。冒煙時(shí)鋰電池內(nèi)部處于高溫狀態(tài)，撲滅外部明火后極易復(fù)燃，基本無法人為干預(yù)，只能等待電池燃燒*。

電動(dòng)汽車起火事故具有季節(jié)高相關(guān)性、誘發(fā)原因模糊性、全生命周期相關(guān)性。夏季是起火高發(fā)時(shí)段，燃燒后汽車受損嚴(yán)重，很難準(zhǔn)確判斷誘發(fā)原因，且鋰電池在使用的前中后期均有起火燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

常見的誘發(fā)原因之一是電池?zé)崾Э?，問題點(diǎn)可能由關(guān)鍵材料、電芯設(shè)計(jì)、電芯制造工藝因素、系統(tǒng)集成以及實(shí)際使用條件導(dǎo)致，如集流體強(qiáng)度或延展度不足，正負(fù)極材料穩(wěn)定性差、正極材料金屬異物等雜質(zhì)混入、隔膜質(zhì)量差、正負(fù)極涂覆不均勻、生產(chǎn)異物引入、低溫充電析鋰、高溫濫用等等。

其中，通過飛納臺(tái)式掃描電鏡可完成原材料、極片的表征工作，幫助研究性能優(yōu)異的原材料以及篩選合適的工藝參數(shù)，研究循環(huán)對(duì)正負(fù)極材料內(nèi)部（斷面）帶來的影響。

檢查負(fù)極粉末

檢查極片制成工藝

極片異物

循環(huán)前中后期的正極材料，離子研磨斷面

發(fā)展趨勢(shì)

1. 在新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域，三元鋰電池依然是主流。目前發(fā)展趨勢(shì)是不斷提高電池的能量密度，消除里程憂慮，同時(shí)通過包覆改性等工藝提高材料穩(wěn)定性。

干法包覆的三元材料

包覆的負(fù)極材料離子研磨斷面

2. 從安全性出發(fā)，磷酸鐵鋰安全性更優(yōu)、循環(huán)性能好，占據(jù)約 30% 的*。

磷酸鐵鋰

3. 寧德時(shí)代最近推出鈉電池，成本更低、相對(duì)更安全，但能量密度不及鋰電池。

4. 一種提高安全性的解決方案是固態(tài)鋰電池，將易燃易膨脹爆炸的液體電解質(zhì)替換為固態(tài)。固態(tài)鋰電池也是大家在攻克的難題，目前處在研發(fā)階段，離實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用為時(shí)尚早。

B. 電動(dòng)自行車

據(jù)報(bào)道，今年 1 月到 7 月，全國發(fā)生的電動(dòng)自行車火災(zāi)事故已達(dá) 6462 起，平均每個(gè)月事故超過 900 起，絕大部分事故由于鋰電池燃爆引起。

電動(dòng)自行車市場(chǎng)發(fā)展不規(guī)范，雜牌電池、篩選剩下的動(dòng)力電池甚至是新能源汽車退役鋰電池，部分會(huì)流入電動(dòng)自行車的生產(chǎn)廠家，導(dǎo)致問題電池、性能不均一的電池被匹配為電池組流入市場(chǎng)，極容易發(fā)生過充現(xiàn)象，導(dǎo)致悲劇發(fā)生。一旦燃燒開始，火勢(shì)洶涌，溫度可以達(dá)到一千攝氏度以上，釋放出大量一氧化碳等有毒氣體，甚至發(fā)生爆炸點(diǎn)燃周邊可燃物品，引發(fā)大范圍火災(zāi)。

發(fā)展趨勢(shì)：近兩年，由于事故頻發(fā)，電動(dòng)自行車生產(chǎn)廠家開始更多采用安全系數(shù)相對(duì)更好的磷酸鐵鋰電池。

碳中和 - 鋰電池的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

為了解決環(huán)境資源問題，中國預(yù)計(jì) 2030 年二氧化碳排放量達(dá)到峰值，2060 年實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。2030 年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到 25% 左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到 12 億千瓦以上。新能源中光伏和風(fēng)電具有明顯的波動(dòng)性，必須配備儲(chǔ)能以確保電網(wǎng)穩(wěn)定，同時(shí)延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間。這代表未來電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)將進(jìn)入高速增長(zhǎng)。而鋰電正逐漸取代傳統(tǒng)的鉛酸電池占據(jù)儲(chǔ)能市場(chǎng)，但是安全問題亟待解決。

相比于電動(dòng)自行車和電動(dòng)汽車由幾十、幾百組電池組合，儲(chǔ)能電池特別是大型儲(chǔ)能電站往往具有極大的體量，如江北儲(chǔ)能電站總存儲(chǔ)容量 26.86 萬千瓦時(shí)，同時(shí)還采用“梯次利用"，將新能源汽車等淘汰下來的“退役電池"進(jìn)行返廠維修，達(dá)到可利用標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)行循環(huán)使用。該站共利用“舊電池"總?cè)萘繛?7.5 萬千瓦時(shí)，相當(dāng)于 3000 多輛家庭新能源汽車的電池量。

大體量、密集堆放的鋰電池對(duì)電池安全性和電池監(jiān)控管理體系均提出了*的要求，需要更為安全的電池設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)電池生產(chǎn)管控，同時(shí)深入了解電池失效機(jī)理，降低危險(xiǎn)發(fā)生的概率。