解決熱失控難題：磷酸鐵鋰和三元合體[朗讀]

隨著電動汽車保有量增加，以及動力電池能量密度的提高，安全性事故頻發，已經嚴重影響了電動汽車的發展，甚至有人開始對國家制定的動力電池技術發展路線提出了質疑。
「電動汽車安全問題，核心的問題永遠是電池的問題。」日前，中國工程院院士孫逢春在中國電動汽車百人會論壇（2019）上接受媒體採訪時表示。
在2019年年初，特斯拉上海超級工廠正式開工，隨後就有媒體報道特斯拉「未能就電池存在的危險狀況告知車主」因而發生安全事故，這再次引發人們對電池安全問題的關注。
武漢大學教授艾新平指出，近年來，隨著電動汽車保有量增加，以及動力電池能量密度的提高，安全性事故頻發，已經嚴重影響了電動汽車的發展，甚至有人開始對國家制定的動力電池技術發展路線提出了質疑。
能量密度越高熱失控風險越大
「全球每年電動汽車著火的案例可能不低於數千起，這裡面有很多都是因為電池本身的問題，或者是應用中的問題。」聖地亞哥州立大學教授米春亭表示，因為電池本身電化學的原因，到目前為止安全問題還沒有完全解決。電池裡面有很多可燃材料，包括鋰、電解液等，還有化學反應過程中產生的各種氣體，都是可燃的。
電池安全問題的產生，實際上還與電池的應用密切相關，比如說過充過放，非正常的電壓電流、低溫或者高溫，超低溫、超高溫情況下的使用，還有系統的故障，比如說熱管理系統的故障或者充放電系統的故障等。
從2011年到2018年9月份，全國所有的電動汽車安全事故中，乘用車大概有80多例。據中國汽車技術研究中心有限公司動力電池首席專家王芳統計，這其中有16%是跟充電相關的，在充電的末期甚至是過充電的時候，比較容易發生安全問題。她表示，碰撞也就是機械外力因素，占比約18%；進水因素大概占3%；電池的內短路引發的事故，比例比較大，占35%；還有一些是不明原因的事故。
鋰離子電池的安全性歸根到底一句話，就是來自於電池的熱失控。艾新平指出，一般認為熱失控的原因，是負極的熱失控，但是對三元電池來說，有可能是正極先發生熱失控，然後負極再發生熱失控。要解決這個問題，對三元電池來說難度將更大。
艾新平舉例說，隨著鎳含量的增加，高鎳三元正極熱分解溫度越來越低，放熱量越來越大。比如811電池，當鎳含量達到80％時，在120度左右就開始發生熱分解，引發熱失控。
電池的安全性首先取決於材料本身的安全性。研究表明，磷酸鐵鋰的熱穩定性從材料方面來講是最好的。上海交通大學特聘教授馬紫峰談到，電池的能量密度越高，實際上產生的過熱或者熱失控的機率就越大。
顛覆傳統解決安全性問題
電池安全問題是因為它的反應介面非常活躍，高反應性又影響了安全性，電池材料在反應活性跟穩定性方面存在一個固有的矛盾。美國賓夕法尼亞州立大學教授王朝陽表示，電池安全的問題，靠傳統的思路、傳統的方法不一定能夠有效解決，還是需要新的思路，需要新的創新。
王朝陽談到了一個「突破我們傳統的電池科學跟技術的框框，能夠真正顛覆傳統的想法」，即採用比較鈍化的材料去構造電芯，在電芯當中插入一片極薄的可以迅速加熱的葉片。那麼它在平時的時候是高安全、高穩定的結構，在使用的時候，用熱刺激來迅速調製電化學的動力特性，讓其能夠輸出高功率。這樣，就可以實現電池的高安全性和高性能兼得。
「811電池，甚至905電池，90%的鎳只有5%的鈷，材料本身不太穩定。我們進行表麵包覆，用磷酸鐵鋰來包覆三元，這樣表面是非常非常穩定的狀況。從活性材料改善可以達到很穩定的電池。」王朝陽表示。
提高電池的安全性，艾新平認為應該從三個層面開展工作。第一是材料層面，第二是單體層面，第三是系統層面。在材料層面，要重點提高材料和介面的熱穩定性，降低它的產熱量；在單體層面，除了要優化電池熱設計以外，更重要的是採用一些熱保護技術，比如ptc電極，熱關閉隔膜等；在系統層面，要重點開展隔熱設計，防止熱擴展。總體來說，材料是基礎，單體是關鍵，系統是安全的最後保障。
馬紫峰認為，電池的安全性和長循環壽命是整個電池設計當中非常重要的一個問題。要增加電池的安全性，對於高能量密度的電池，就需要在系統設計當中加入特定的保護裝置，比如說冷卻系統，還有防爆系統等。
防患於未然，對電池健康狀態的檢測是非常重要的，這就需要電池管理系統。米春亭表示，「如果診斷到電池單體出現了短路，就會告訴駕駛員，對不起，可能幾秒鐘之內就會著火，儘快找地方停下來。」這樣就能夠最大限度保障人員的安全。
孫逢春院士認為，隨著電池能量密度的提高，一方面要在現有的體系基礎上，去改進安全性，同時要探索新的材料體系，研發更加安全、能量密度更高的電池，比如全固態電池。全固態電池如果能夠真的實現，安全問題基本上就能夠解決。