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生，其中僅7月8日至25日，各地就先后發生6起這類事故。此前，國內外還報道過多起電動汽車的電池燃爆事故。業內專家指出，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，與會專家和企業家呼吁：為確保鋰電池生產與使用的“絕對安全”，國內應建立緊密協作聯合開發的機制，加大研發投入，通過創新的化工解決方案，從技術上、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。從鋰電池的結構看，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總監李永坤告訴記者，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，在受熱的環境中自身會再放熱，造成整個體系失控。業界普遍認為150℃是鋰離子電池“熱失控”的關鍵溫度。”
那么，動力鋰電池發熱為什么導致電池爆炸？清華大學核能與新能源技術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“內短路”引發的，從一個點擴大到全部，形成“鏈式化學反應”，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，在受熱環境下會產生收縮，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；控制放熱反應速率，降低產熱速度；提高放熱反應發生的溫度；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、航空飛行器等領域。江蘇華東鋰電技術研究院近期開發了凝膠電解質等，極大提高了電解液的耐氧化穩定性，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，阻止電池內短路。
聚合物電解質的“糾結”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研究院和江蘇華東鋰電技術研究院，開展了聚合物電解質實用化的研發合作，走出了一條從固態電解質到凝膠電解質最后到復合電解質的成功之路，已形成可產業化的系列成果。其中的復合電解質，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，但安全性是一門復雜的綜合性技術，要完全攻克還需要有一個過程。現在國內許多企業和科研院所看好鋰電池產業，都投入了大量人力、財力和物力，但各自為政、非常分散，并受到了成本和產業化的制約，建議政府有關方面搭建高層次的產學研合作創新的平臺，組織協同攻關，發揮疊加優勢，實現重點突破，共同推動我國鋰電池的技術安全性跨上新臺階。”
