锂离子电池目前还存在着什么安全问题？

从微观看锂离子电池的胀气/高温/爆炸

锂离子电池的充放电是一个化学反应过程，在平静的表面下，锂离子在正负极间来回奔走。锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子，锂离子经由电解液进入负极，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，过程则相反。此外，为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池采用有细孔的隔膜，将正负极隔离。

锂离子电池的胀气、高温、爆炸等问题，通常与过充、过放以及大电流有关，三者会对电池造成损害。当过充发生时，正极材料内剩下的锂原子数量过少，导致电池容量形成永久性下降。在负极端，锂原子饱和之后，再充电会使锂金属堆积在负极材料表面，形成树枝状结晶。久之，锂枝晶会穿破隔膜，造成正负极短路。过充时，电解液等材料往往会裂解出现气体，造成电池外壳或压力阀鼓胀破裂，氧气堆积在负极表面的锂原子反应，导致爆炸。同样，过放时，也会对材料造成损害。

此外，电流过大时，锂离子来不及进入材料内部，会聚集在材料表面，这些锂离子获得电子后，会在材料表面出现锂原子结晶，由于锂是化学周期表上最活泼的金属，锂原子易与氧气发生氧化反应而爆炸。

新型耐高温隔膜有望商业化

电池隔膜重要的功能是分隔锂离子电池中的正负极板，防止正负极板直接接触出现短路，因此，隔膜的性能对锂离子电池安全有较大影响。一般而言，考察隔膜性能的参数有如下几点：1.厚度2.透气率3.浸润度4.化学稳定性5.孔径及分布6.穿刺强度7.热稳定性8.闭孔温度、破膜温度9.孔隙率。业内对隔膜的研究，也多从这些方面去提高。

目前，市场上大规模应用的锂离子电池隔膜重要是聚烯烃类有机隔膜，这种隔膜生产成本低、力学性能和电化学稳定性均较好，但孔隙率偏低，对电解液的润湿性和热稳定性都较差，可能导致电池短路，严重时可引发火灾或爆炸等事故。

不久前，我国科学院上海硅酸盐研究所研究员朱英杰带领的团队，与华中科技大学教授胡先罗带领的团队合作，在此前羟基磷灰石超长纳米线新型无机耐火纸的研究工作基础上，研发出一种新型羟基磷灰石超长纳米线基耐高温锂离子电池隔膜。据电池我国网了解，该电池隔膜热稳定性高、耐高温、阻燃耐火，在700℃的高温下仍可保持其结构完整性，在150℃高温环境中能够保持正常工作状态。

日本三菱制纸株式会社则以无纺布为原料，开发新的隔膜，将陶瓷粒子涂敷在聚酯纤维构成的无纺布隔膜上，以增强电池隔膜的耐高温性能，其可耐三倍高温(达到470℃)。2018年，预计在日本高砂厂投入近30亿日币设备，年生产量力增至3300万平方米。

正是由于隔膜对解决锂离子电池爆炸问题所起的关键用途，西南石油大学材料工程与科学学院的一个项目团队也从隔膜的材料入手，研发出天然木质纤维素锂离子电池隔膜，经过性能测试，与世界上先进的隔膜产品相比，天然木质纤维素锂离子电池隔膜具有绿色环保、高效安全、工艺简便、成本低廉的优势。该项目团队负责人介绍，采用这种新材料，每张手机锂离子电池的隔膜生产成本只要一毛钱。

新研发的隔膜产品，只有实现商业化生产，研发工作才能实现最大价值。我国科学院上海硅酸盐研究所研发的新型羟基磷灰石超长纳米线基耐高温电池隔膜，还有望应用于钠离子电池、超级电容器等多种类型的耐高温电池和储能体系中。相关研究结果发表在《先进材料》上，并申请一项发明专利，但目前还没有量产的相关消息。日本三菱制纸株式会社开发的无纺布隔膜预计2018年量产，据了解，西南石油大学研发的天然木质纤维素锂离子电池隔膜也在寻求商业化合作。