鋰電池安全問(wèn)題亟待解決：六大風(fēng)險(xiǎn)因素解析

• 陳博 2023年10月20日 來(lái)源：中研網(wǎng) 592 33
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鋰電池電解液主要是由有機(jī)溶劑組成的，比如PC（碳酸丙烯酯），EC（碳酸乙烯酯），DMC（碳酸二甲酯），DEC（碳酸二乙酯），EMC（碳酸甲乙酯）等等，當(dāng)然還有其他的一些添加劑。特別是無(wú)機(jī)鹽LiPF6，LiBF4如果遇到水的時(shí)候會(huì)放出HF，這個(gè)是劇毒物質(zhì)，對(duì)人體，特別是骨骼腐p

欲了解更多中國(guó)電池行業(yè)的未來(lái)發(fā)展前景，可以點(diǎn)擊查看中研普華產(chǎn)業(yè)院研究報(bào)告《2023-2028年中國(guó)電池行業(yè)市場(chǎng)深度全景調(diào)研及投資前景分析報(bào)告》。

在新能源汽車(chē)對(duì)傳統(tǒng)燃油車(chē)的替代趨勢(shì)基本確定的背景下，鋰電池憑借能量密度高、放電功率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，是目前電動(dòng)汽車(chē)使用的主要?jiǎng)恿﹄姵?。然而近年?lái)，鋰電池?zé)崾Э貙?dǎo)致的安全事故偶有發(fā)生，對(duì)消費(fèi)者的生命與財(cái)產(chǎn)安全造成了威脅。

為應(yīng)對(duì)鋰電池安全性問(wèn)題，促進(jìn)我國(guó)新能源汽車(chē)等戰(zhàn)略新興行業(yè)的健康發(fā)展，我國(guó)公布了《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》強(qiáng)制國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)自 2021 年開(kāi)始施行，強(qiáng)制要求鋰電池出廠(chǎng)前進(jìn)行嚴(yán)密的安全測(cè)試，包括電芯的 6 項(xiàng)與電池系統(tǒng)的 15 項(xiàng)安全性試驗(yàn)，以確保鋰電池的使用安全。

隨著強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)的施行，鋰電池安全性門(mén)檻明顯提升，電池安全性的保障程度將愈發(fā)受到生產(chǎn)企業(yè)、終端使用者和政府監(jiān)管部門(mén)的重視，而鋰電池企業(yè)將如何最大程度降低鋰電池的安全問(wèn)題，是鋰電池及相關(guān)行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)。

一、起火風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池是能量單元，內(nèi)短路、外短路、熱失控都可能引發(fā)起火。

鋰電池在正常使用條件下是安全的，但如果電池發(fā)生過(guò)充、短路、碰撞、進(jìn)水等情況，有起火爆炸的危險(xiǎn)。如不能有效控制，甚至?xí)?dǎo)致電動(dòng)車(chē)整車(chē)燃燒，給乘客生命安全帶來(lái)威脅。

二、爆炸風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池?zé)崾Э貢r(shí)，會(huì)產(chǎn)品大量可燃?xì)怏w并導(dǎo)致壓力劇增，爆炸風(fēng)險(xiǎn)就來(lái)了。以“三星Note7手機(jī)爆炸事件”而言，手機(jī)爆炸燃燒與其鋰電池的設(shè)計(jì)缺陷有直接關(guān)系。三星正是為了提升電池的能量密度、延長(zhǎng)續(xù)航能力，采用了更薄的隔膜材料，才導(dǎo)致電池的陰極和陽(yáng)極相接觸，發(fā)生了電池自燃現(xiàn)象。

三、化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池的電解液有強(qiáng)烈的腐蝕性，電池?zé)崾Э貢r(shí)會(huì)釋放出有毒氣體，帶來(lái)化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)。

鋰電池電解液分兩種，一種是酸性電解液，一種是堿性，其主要成分前者是硫酸，后者是氫氧化鈉，二者都具有強(qiáng)烈的腐蝕性，主要會(huì)造成中毒，化學(xué)腐蝕，以及人體臟器機(jī)械損傷，其危害不言而喻。

鋰電池電解液主要是由有機(jī)溶劑組成的，比如PC(碳酸丙烯酯)，EC(碳酸乙烯酯)，DMC(碳酸二甲酯)，DEC(碳酸二乙酯)，EMC(碳酸甲乙酯)等等，當(dāng)然還有其他的一些添加劑。特別是無(wú)機(jī)鹽LiPF6，LiBF4如果遇到水的時(shí)候會(huì)放出HF，這個(gè)是劇毒物質(zhì)，對(duì)人體，特別是骨骼腐蝕性極強(qiáng)?？傮w地說(shuō)，其電解液pH值一般在5.5~6.5之間，略顯酸性。

四、材料的風(fēng)險(xiǎn)

正極材料的安全隱患：當(dāng)鋰電池包使用不當(dāng)時(shí)，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度的升高，使正極材料會(huì)發(fā)生活性物質(zhì)的分解和電解液的氧化。同時(shí)，這兩種反應(yīng)能夠產(chǎn)生大量的熱，從而造成電池溫度的進(jìn)一步上升。不同的脫鋰狀態(tài)對(duì)活性物質(zhì)晶格轉(zhuǎn)變、分解溫度和電池的熱穩(wěn)定性影響相差很大。

負(fù)極材料的安全隱患：早期使用的負(fù)極材料是金屬鋰，組裝的電池在多次充放電后易產(chǎn)生鋰枝晶，進(jìn)而刺破隔膜，導(dǎo)致電池短路、漏液甚至發(fā)生爆炸。

五、制造過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池包在制造過(guò)程中，電極制造、電池裝配等過(guò)程都會(huì)對(duì)電池的安全性產(chǎn)生影響。如正極和負(fù)極混料、涂布、輥壓、裁片或沖切、組裝、加注電解液的量、封口、化成等諸道工序的質(zhì)量控制，無(wú)一不影響電池的性能和安全性。

六、隔膜與電解液的風(fēng)險(xiǎn)

鋰電池的電解液為鋰鹽與有機(jī)溶劑的混合溶液，其中商用的鋰鹽為六氟磷酸鋰，該材料在高溫下易發(fā)生熱分解，并與微量的水以及有機(jī)溶劑之間進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)，降低電解液的熱穩(wěn)定性。電解液有機(jī)溶劑為碳酸酯類(lèi)，這類(lèi)溶劑沸點(diǎn)、閃點(diǎn)較低，在高溫下容易與鋰鹽釋放PF5的反應(yīng)，易被氧化。

近年來(lái)，鋰電池商業(yè)化應(yīng)用快速發(fā)展，為應(yīng)對(duì)新能源汽車(chē)等終端應(yīng)用市場(chǎng)對(duì)鋰電池不斷提升的要求，鋰電池新興技術(shù)不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)多種技術(shù)路線(xiàn)并存的情形。目前，鋰電池的技術(shù)路線(xiàn)差異主要表現(xiàn)在正極材料體系和封裝形式等方面。

一是鋰電池的正極材料技術(shù)路線(xiàn)存在差異。正極材料是鋰電池的重要組成部分，其特性對(duì)于電池的能量密度、循環(huán)壽命、安全性能等具有重要影響，技術(shù)路線(xiàn)主要包括三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰等。電池精密結(jié)構(gòu)件及材料憑借其較強(qiáng)的通用性可廣泛用作鋰電池的封裝或?qū)щ姴牧希话悴皇苷龢O材料技術(shù)路線(xiàn)的影響。

二是鋰電池的封裝形式存在差異。封裝形式是指單體鋰電池的封裝結(jié)構(gòu)，不同的封裝形式應(yīng)不同的工藝制程，也對(duì)應(yīng)了不同形態(tài)的電池精密結(jié)構(gòu)件。目前，鋰電池封裝形式技術(shù)路線(xiàn)主要包括圓柱、方形、軟包三種形式

目前，圓柱、方形和軟包三類(lèi)鋰電池特性各有優(yōu)劣，在全球市場(chǎng)呈“三分天下”的競(jìng)爭(zhēng)格局，均有較大的市場(chǎng)發(fā)展空間。

2020 年 9 月，特斯拉推出了 46800 大圓柱電池方案。與傳統(tǒng)的小圓柱電池相比，大圓柱電池技術(shù)可降低電池包中電池的數(shù)量以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)件數(shù)量，提升能量密度、簡(jiǎn)化電池管理系系統(tǒng)要求高于方形電池的劣勢(shì)。

從目前進(jìn)展來(lái)看，2022 年特斯拉已實(shí)現(xiàn) 4680 大圓柱電池量產(chǎn)，周產(chǎn)能達(dá)到86.8 萬(wàn)顆，約對(duì)應(yīng) 1000 輛 ModelY 的需求。2022 年 9 月，寶馬集團(tuán)宣布從 2025年起在其新車(chē)型中使用 46 系列圓柱電芯，并將首批合作伙伴鎖定為寧德時(shí)代和億緯鋰能。國(guó)內(nèi)外其他知名電池廠(chǎng)商亦在穩(wěn)步推進(jìn) 4680 大圓柱電池布局。儲(chǔ)能鋰電池行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，但由于技術(shù)、政策、成本等原因，我國(guó)儲(chǔ)能鋰電池市場(chǎng)起步相對(duì)較晚。目前，我國(guó)儲(chǔ)能鋰電池主要用于通信基站、用戶(hù)側(cè)削峰填谷、離網(wǎng)電站、微電網(wǎng)、軌道交通等，部分還出口東南亞、歐美、澳大利亞等市場(chǎng)。

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