鋰電池“絕對安全”呼求化工方案
今年以來，手機電池漏電爆炸惡性事故頻頻發(fā)生，其中僅7月8日至25日，各地就先后發(fā)生6起這類事故。此前，國內(nèi)外還報道過多起電動汽車的電池燃爆事故。業(yè)內(nèi)專家指出，盡管從整體上看，電池的事故率為千萬分之一，但涉及到人的生命，鋰電池容不得一起事故。
日前在上海由亞化商務(wù)咨詢有限公司主辦的第二屆中國鋰電池電解液研討會上，與會專家和企業(yè)家呼吁：為確保鋰電池生產(chǎn)與使用的“絕對安全”，國內(nèi)應(yīng)建立緊密協(xié)作聯(lián)合開發(fā)的機制，加大研發(fā)投入，通過創(chuàng)新的化工解決方案，從技術(shù)上、工程上和材料上努力取得突破。
鋰電池的安全問題是一道世界級難題，各國都在研究解決之中。從鋰電池的結(jié)構(gòu)看，它有正極、負極、隔膜和電解液，其外殼全部采用化工材料。廣州天賜高新材料公司技術(shù)總監(jiān)李永坤告訴記者，鋰電池的安全性與這5個部分有直接的關(guān)系，但鋰電池爆燃的誘因主要是電池“熱失控”，電池的短路放熱占到較大的比例。“從電解液角度分析，電池在充分放電過程中會產(chǎn)生熱量，而電解液由鋰鹽、添加劑和溶劑組成，尤其是溶劑，如碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯等，在受熱的環(huán)境中自身會再放熱，造成整個體系失控。業(yè)界普遍認為150℃是鋰離子電池“熱失控”的關(guān)鍵溫度。”
那么，動力鋰電池發(fā)熱為什么導致電池爆炸？清華大學核能與新能源技術(shù)研究院鋰電池實驗室主任何向明介紹，試驗證明電池爆炸是電池“內(nèi)短路”引發(fā)的，從一個點擴大到全部，形成“鏈式化學反應(yīng)”，放出了巨大能量才釀成事故。“比如，電池隔膜一般采用聚乙烯、聚丙烯材料，在受熱環(huán)境下會產(chǎn)生收縮，引起正、負極之間的部分短路而放熱；在大功率動力電池中，一旦隔膜出現(xiàn)崩潰短路，電壓降低，溫度會迅速升高到600℃，造成正極鋁化合物的劇烈燃燒而爆炸。”何向明說，國外動力電池現(xiàn)已開始采用在180℃時不會收縮的聚酰亞胺，作為隔膜材料。
電池安全性的核心是“熱”。切斷電池自身的“產(chǎn)熱鏈”，是保證電池安全的重要措施。如何防止電池的“熱失控”，一些專家在研討會上提出，可從電池的產(chǎn)熱、傳熱兩大方向予以解決。主要的舉措有：采用放熱量低的化學材料；控制放熱反應(yīng)速率，降低產(chǎn)熱速度；提高放熱反應(yīng)發(fā)生的溫度；改善電池外殼散熱，緩解電池升溫。
廣州天賜公司于去年成功開發(fā)了阻燃電解液，通過添加氟代磷酸酯、磷腈、氟代硼酸酯和腈基硼烷等阻燃材料，使電池“熱失控”溫度大大提高；同時研發(fā)了超低溫電解液的羧酸酯類(MA、EA)、氟代溶劑類（FEA)等，以該材料為電解液的動力電池可用于航天、航空飛行器等領(lǐng)域。江蘇華東鋰電技術(shù)研究院近期開發(fā)了凝膠電解質(zhì)等，極大提高了電解液的耐氧化穩(wěn)定性，不僅放熱起始溫度高、放熱量小、可緩解電池溫升，同時能防止普通隔膜被氧化，阻止電池內(nèi)短路。
聚合物電解質(zhì)的“糾結(jié)”是安全性與電性能兩者如何做到平衡。近幾年，清華大學核能與新能源技術(shù)研究院和江蘇華東鋰電技術(shù)研究院，開展了聚合物電解質(zhì)實用化的研發(fā)合作，走出了一條從固態(tài)電解質(zhì)到凝膠電解質(zhì)最后到復(fù)合電解質(zhì)的成功之路，已形成可產(chǎn)業(yè)化的系列成果。其中的復(fù)合電解質(zhì)，既能滿足電池的電性能，同時可大幅度提高電池安全性。
清華大學何向明教授表示：“我國鋰電池的安全性與多年前相比，已有很大的提高，但安全性是一門復(fù)雜的綜合性技術(shù)，要完全攻克還需要有一個過程。現(xiàn)在國內(nèi)許多企業(yè)和科研院所看好鋰電池產(chǎn)業(yè)，都投入了大量人力、財力和物力，但各自為政、非常分散，并受到了成本和產(chǎn)業(yè)化的制約，建議政府有關(guān)方面搭建高層次的產(chǎn)學研合作創(chuàng)新的平臺，組織協(xié)同攻關(guān)，發(fā)揮疊加優(yōu)勢，實現(xiàn)重點突破，共同推動我國鋰電池的技術(shù)安全性跨上新臺階。”
