锂离子电池安全问题不容忽视

如今锂离子电池不仅作为各类消费型电子产品最主要的电源，还广泛应用于电动工具、电动自行车、电动汽车、储能等领域。经过20多年的发展过程，锂离子电池的性能显著提高：

电池容量以及比能量不断提高，循环次数一路增长，价格持续下降。但困扰其发展的头号难题——安全性却一直未能得到有效解决。锂离子电池一旦发生安全事故，不仅仅会造成财产损失，还有可能造成人身伤害乃至死亡。安全问题已经成为影响锂离子电池新兴市场发展的关键因素之一。

单体电池安全问题不容忽视

锂离子单体的电池主要用在手机、数码相机等小型消费电子产品上。在2006年之前，由于自动化技术不成熟、产品标准不完善以及检测技术不过关等因素，单体电池偶尔会发生过热起火、爆炸等安全事故，有时也造成失火事故乃至伤人事件。随着技术进步，这些安全事故发生概率逐步降低，但在2013年，有人因在苹果手机充电时打电话造成漏电被电击致死，还有一人的苹果手机电池发生自燃。单体电池的安全问题再一次引起人们关注。

单体电池的安全问题一般都是由于电池非正常使用情况如过充、过热或短路等热失控造成的，表现为电池变形、漏液、起火、爆炸等。锂离子电池之所以会发生安全问题，与其固有结构分不开。

锂离子电池主要有正极材料、负极材料、电解液、隔膜组成。正常充电情况时，锂离子电解液中进入正极材料，负极一侧电解液中的锂离子通过隔膜进入正极一侧的电解液，负极材料上金属锂变成锂离子进入电解液。但在非正常使用情况下，一旦正极材料稳定性稍差，就极易释放出氧气，与电解液中的碳酸酯发生反应，放出大量的热和气体，而负极材料中还有活性强的金属锂，与氧气接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜等。尤其是铝壳锂离子电池，由于外壳具有一定强度，使得大量的热量和气体在内部急剧，从而引起爆炸。

此前大部分人都以为，聚合物锂离子电池比液态电解液的锂离子电池更安全，原因是聚合物电池的电解液为胶状、半固态，着火点更高，同时聚合物电池可以使用软包装，可以更早的突破壳体，避免气体和热量聚集过多。但今年以来的聚合物电池引发的安全事故颠覆了这一认识。聚合物电池同样使用正负极材料、隔膜和有机电解液，而且电解液为胶状，不易泄漏，将会发生更猛烈的燃烧。燃烧也是聚合物电池安全性最大的问题。

可见，安全问题是锂离子电池的本质属性，只能通过技术手段如采用更加安全的电池材料、防爆阀、保护电路等手段以及提高生长过程中质量控制水平，最大限度降低安全事故发生概率。尤其是保护电路，它能在过充、过热或者短路时快速切断电流，对保护电池安全极为重要。

电池组安全问题聚焦

对于锂离子电池来说，目前安全问题更为突出的还是在动力电池即电池组。一方面在于电池组发生安全事故的频率远高于单体电池，仅在2013年就发生了超过十起由电池组引起的电动汽车安全事故，包括起火、运行故障等，而由电池组引发的电动自行车的安全事故见报道的就超过了数百起。更重要的原因是电池组引发的安全事故的危害以及影响力大大超过单体电池。如波音客机上锂离子电池组起火不仅影响了波音公司信誉，还几乎导致锂离子电池退出飞机应用市场。而电动汽车市场发展不如预期，电池安全问题也是非常重要的因素之一。

锂离子电池组的结构基本相似，都是借助电源管理系统将多个单体电池通过串并联的方式连接起来，实现稳定的电压和能量输出/输入。锂离子电池组的安全问题除了单体电池本身造成之外，还与电池组的容量以及大小有关。容量高的电池放热量高，体积大的电池组散热相对困难，热量更容易被累积，从而导致热失控。笔记本电脑的6芯锂离子电池重量约为400g，电动自行车所用锂离子电池组的重量约为4kg，电动汽车则要用到更大电池，如特斯拉公司ModelS的原型车使用的锂离子电池组高达400kg以上，就更容易引发安全事故。

如果不考虑单体电池安全因素，锂离子电池组的安全问题是可以避免的，只要保证每个电池的散热良好以及保护电路及时有效。但实际上这一点很难实现，主要在于电池组都是将多个单体电池置于一个狭小的空间内，难以保证每个电池都能散热良好。同时由于各个电池所处环境不同，其发热情况也有所差异。这大大增加了电池管理难度，给电池管理系统带来极大的不确定性。一旦电源管理系统无法正常工作，电池组发生安全事故的可能性就非常高。

对于笔记本电池而言，由于其单体电池数量较少，各个电池环境变化相对较小，管理难度较低，尤其是随着单体电池安全性提高以及电池管理技术进步，现已基本没发生安全事故。但对于电动自行车和电动汽车电池而言，其单体电池数量几十个至几千个不等，各个电池环境变化相对较小，管理难度非常大，没有极为先进的电池管理系统，很难保证不发生安全事故。事实也证明了这一点，动力电池引发的安全事故比比皆是。我国电动自行车起火事件频发，包括通用、卡玛、日产、比亚迪等几乎所有品牌都发生过由电池组引发的安全事故，唯一例外的是特斯拉。特斯拉的电池组采用了6000多个单体电池，远远超过其他电动汽车厂商，但凭借其强大的电池管理系统，特斯拉至今未发生一起有电池组引发的安全事故。

由此可见，锂离子电池组的安全问题是可以解决的，采用安全性更高的单体电池、合理安排电池结构以及强大的电池管理系统等手段可以最大程度降低安全事故发生概率。特斯拉恰恰证明了这一点，其表现值得每一个动力电池组生产企业和电动汽车厂商学习。

安全警钟长鸣

锂离子电池安全问题格外突出。目前部分企业、社会舆论对此缺乏全面、清醒的认识：要么一叶障目，认为锂离子电池安全问题不可能完全根治，对行业整体的发展持过度悲观情绪；要么对出现的问题视而不见，在处理问题的过程中不予积极配合。重视正视安全，是解决锂离子电池安全问题的前提。

由于锂离子电池引发的安全事故多数发生在运输、使用阶段，各方往往把安全事故原因多归结于外部因素，忽视了锂离子电池自身因素，造成了希望通过外部检验来发现和防范锂离子电池存在的安全因素。但这只能治标不能治本。因为锂离子电池的安全性是设计和制造出来的，不是检测出来的。检测只能防止不合格产品流入市场，从而避免其引发的安全事故，但对于检测的合格产品引发的安全事故无济于事。而当前发生安全事故的锂离子电池基本上都是合格产品。因此要想到达治本的目的，就需要从锂离子电池自身因素着手，在电池设计、选材、生产工艺以及成组技术等关键环节下功夫。

首先，电池材料的选材非常重要，如其中存在杂质或制造精度控制差都将有可能引发安全事故，为此所有原材料都应该进行入厂检验，并控制其生产过程的一致性。

其次，电池结构设计要充分考虑锂离子电池安全性要求，重点在电极容量平衡、电极设计、极耳设计、泄露装置、短路保护电路等方面。

第三，单体电池生产环节的每道工序都存在影响电池安全以及同一批次电池一致性的风险因素，必须进行预防和控制。这也是影响电池安全最重要的环节，我国电池生产企业尤其是要提高生产环节的质量控制点。

最后，成组技术需要考虑电池组整体设计以及封装过程对安全性的影响。整体设计安全性要突出考虑阻燃、绝缘、过热短路、内部配线等；封装过程则是要保证一致性和可靠性。

安全问题不是不能解决，需要各方充分认识并予以高度关注，生产企业在生产过程中加强质量控制，监管部门要加强生产过程安全控制监管力度，检测环节要提高检测水平。只有这样，安全问题才能得到解决，锂离子电池才会迎来下一个快速发展期。