在儲(chǔ)能和動(dòng)力兩大鋰離子電池主要應(yīng)用領(lǐng)域目前都處于發(fā)展初期的情況下，安全無疑成為最需要全力解決的首要問題。

動(dòng)力、儲(chǔ)能火災(zāi)事故敲響安全警鐘

中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)顯示，2019年1－4月，我國新能源汽車實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量36．76萬輛，銷售36萬輛，同比分別增長58．47％和59．79％；其中，純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成28．6萬輛和27．8萬輛，同比分別增長66．1％和65．2％。在以純電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車產(chǎn)銷量直線飆升的同時(shí)，越來越多的新能源汽車起火爆炸事故也時(shí)常見諸報(bào)端，其中不乏特斯拉、蔚來、比亞迪、奔馳、北汽新能源這樣的知名電動(dòng)汽車品牌。盡管電動(dòng)汽車起火事故主責(zé)的板子不能獨(dú)獨(dú)打在動(dòng)力電池身上，但動(dòng)力電池安全性正受到越來越多的關(guān)注。

電池的另一應(yīng)用場景電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域，近幾年也迎來大規(guī)模發(fā)展。2018年國內(nèi)電化學(xué)儲(chǔ)能裝機(jī)量已經(jīng)突破“GW”，電化學(xué)儲(chǔ)能規(guī)?；б嬉矊⒃谖磥?－3年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。然而，2018年韓國儲(chǔ)能電站多起火災(zāi)事故，卻給正在發(fā)展中的中國電化學(xué)儲(chǔ)能敲響警鐘。據(jù)中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟常務(wù)副理事長俞振華介紹，由于此前安全事故頻發(fā)，目前國內(nèi)很多電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)展緩慢，部分項(xiàng)目甚至?xí)和＿M(jìn)行消防安全整改。同樣，儲(chǔ)能電站的消防安全事故的起因也并非全部來自電池，但電池?zé)o疑是導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生的重要推手之一。

材料出發(fā)，解決電池安全短板

無論是電池，還是新能源汽車或是儲(chǔ)能領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為，電池應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)的安全問題，并不只是電芯本身的問題，而是包括從電芯化學(xué)體系的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過程中的一致性，電芯全生命周期管理，到配套BMS設(shè)計(jì)與實(shí)施，電芯、電池包連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，甚至包括應(yīng)用中的消防安全措施等的一系列問題?？偠灾?，安全是個(gè)系統(tǒng)性的工程，應(yīng)用中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)，都可能成為系統(tǒng)安全的短板。

在電芯的化學(xué)體系設(shè)計(jì)層面，上海交通大學(xué)教授陳立桅曾透露，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在研究一種高安全性三元正極添加劑材料，該材料可以使三元軟包電池在進(jìn)行針刺試驗(yàn)后，仍可正常放電，確保了電池的安全性。類似的材料摻雜實(shí)驗(yàn)也正在多家科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的實(shí)驗(yàn)室中不斷進(jìn)行，其目的就是為了找到可以確保電池高安全性的材料，讓高能量密度電池也能兼具高安全性。

國內(nèi)正極材料生產(chǎn)商德方納米曾表示，該公司研發(fā)的納米級(jí)磷酸鐵鋰材料配合碳納米管導(dǎo)電液，使材料的各項(xiàng)性能特別是安全性大幅提高，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量供貨。從事隔膜研發(fā)和生產(chǎn)的美國Celgard公司的一項(xiàng)研究表明，在負(fù)極部分增加陶瓷涂層，可以抑制負(fù)極內(nèi)部的熱量傳播，從而減少熱失控的產(chǎn)生，有效確保電池安全。而在電解液制造方面，在已有電解液中添加阻燃劑，或者研發(fā)更高安全性電解液材料，也同樣可以降低電芯的安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

新電池設(shè)計(jì)，發(fā)力電池安全

采用全新材料的電池體系，同樣可以成為提高電池安全性的有效途徑。


在日前閉幕的“儲(chǔ)能國際峰會(huì)暨展覽會(huì)2019上”，超威集團(tuán)旗下安力能源展出了近期剛剛投產(chǎn)的鈉鎳電池產(chǎn)品。據(jù)了解，該電池主要由固體鎳和氯化鈉顆粒及陶瓷管構(gòu)成，反應(yīng)溫度為260－300攝氏度，整個(gè)過程中不存在易燃易爆物質(zhì)。即使陶瓷管發(fā)生破裂，反應(yīng)生成的單體鈉也會(huì)率先與熔融狀態(tài)的四氯鋁酸鈉結(jié)合，不會(huì)與空氣接觸。因此該電池的安全性極佳。和鋰離子電池相比，這款鈉鎳電池兼具的低成本和高性能讓它更適用于大規(guī)模儲(chǔ)能。


與安力能源的鈉鎳電池類似，遼寧星空鈉電也在上述展會(huì)上展示了最新的鈉電池產(chǎn)品。據(jù)星空鈉電展位負(fù)責(zé)人介紹，這款電池的正負(fù)極材料、隔膜和電解液等均為自主研發(fā)的高安全性材料。在進(jìn)行軟包疊片工藝生產(chǎn)后，該電池在90攝氏度的高溫情況下不會(huì)出現(xiàn)熱失控，對(duì)標(biāo)鋰離子電池所進(jìn)行的穿刺、擠壓、高空下落等試驗(yàn)后，電池仍不會(huì)起火爆炸。

近幾年，鈉離子電池以高安全性和低成本正逐漸走進(jìn)人們的視野，而固態(tài)電池也是目前解決鋰離子電池安全問題的有效且呼聲最高的途徑之一。2018年7月，由珈偉股份研發(fā)生產(chǎn)的08116337－CO－36Ah類固態(tài)軟包三元材料動(dòng)力鋰離子蓄電池通過國家機(jī)動(dòng)車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)制性檢驗(yàn)，其配套車輛也在當(dāng)年10月的第313批《道路機(jī)動(dòng)車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》中現(xiàn)身。

系統(tǒng)發(fā)力，降低安全事故隱患

業(yè)界一直強(qiáng)調(diào)“安全是系統(tǒng)工程”，這個(gè)系統(tǒng)就不單單指電池系統(tǒng)，而是新能源整車、儲(chǔ)能電站這類的綜合系統(tǒng)。近些年，從系統(tǒng)層面解決安全問題的研發(fā)和應(yīng)用，也并不少見。


無論是在新能源汽車電池箱，還是在儲(chǔ)能箱、柜中，電池通常處于較為密閉的空間中，這對(duì)電池散熱會(huì)造成不利影響，一旦熱量聚集，就很可能因局部過熱發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)。在上述展會(huì)上，山東博一新能源展示了用于電池模組散熱的全新電池包熱管理技術(shù)。該技術(shù)核心采用超導(dǎo)熱材料，將電池模組內(nèi)部的熱量迅速導(dǎo)出，從而確保整個(gè)模組保持較低溫度。

特斯拉Model 3也采用了不同以往的安全性設(shè)計(jì)，電池箱體去除了頂板，一旦箱體內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，因?yàn)闆]有壓力，從而減少爆炸造成的傷害。此外線路焊接頭全部朝向地面，萬一有可燃?xì)怏w噴射，也可以確保不噴向兩側(cè)和上面。

一旦發(fā)生火災(zāi)，及時(shí)滅火也非常有必要，這也就需要電池應(yīng)用場景中特別是儲(chǔ)能領(lǐng)域，要有相應(yīng)的阻燃和消防措施。據(jù)中國電科院資深科學(xué)家來小康介紹，他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行儲(chǔ)能PACK箱體阻燃材料的研究，目的是一旦一個(gè)箱體發(fā)生火災(zāi)，確保不會(huì)危及附近的其他箱體。


煙臺(tái)創(chuàng)為新能源自主研發(fā)的“鋰離子電池?zé)崾Э啬Ｐ?rdquo;及自動(dòng)滅火技術(shù)，通過在箱體內(nèi)及周圍設(shè)置多個(gè)傳感器，判斷電池箱熱失控情況，在熱失控早期進(jìn)行報(bào)警，防患于未然。值得注意的是，即使是早期的可燃?xì)怏w泄露，該系統(tǒng)也可以進(jìn)行檢測并報(bào)警，切實(shí)保證了電池系統(tǒng)的安全性。

盡管安全問題為新能源汽車和儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展敲響了警鐘，但防微杜漸要好于止步不前，隨著相關(guān)安全問題解決技術(shù)與方法的不斷提升和推出，電池應(yīng)用的安全風(fēng)險(xiǎn)也將會(huì)不斷降低。