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“五一”期間，北京市朝陽區(qū)蟹島度假村停車場發(fā)生電動客車連環(huán)起火事件，燒毀新能源汽車89輛，按照一輛電動客車上百萬元價格估算此次火災損失近億元。雖然事后，交警稱因柳絮堆積導致火災，但人們對新能源汽車的電池安全依然存在深深的疑問。
近年來，在我國決心大力發(fā)展新能源汽車的背景下，尤其是2014年之后，在包括國家和地方兩級高額“補貼”在內(nèi)的強有力的系列政策的推動下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢不可擋。而隨著電動汽車的商業(yè)化應用數(shù)量增加，電動汽車用鋰離子動力電池的自燃、起火爆炸事件時有發(fā)生，目前正是電動汽車行業(yè)發(fā)展的關鍵時機，任何一起電動汽車安全事故不僅僅對當事的制造企業(yè)造成重大影響，也是對整個行業(yè)的沉重打擊。動力電池是電動汽車的核心零部件，電動汽車起火或爆炸，人們第一個想到的往往是電池的問題，那么現(xiàn)在電動汽車的電池到底安全嗎？
電池機理分析 鈦酸鋰材料安全性能更佳
從電池機理角度來分析，鋰離子電池的起火爆炸是由于鋰離子電池熱失控而產(chǎn)生的，根源主要是電極和電解液間在合適的條件下產(chǎn)生的劇烈的化學放熱反應。目前商業(yè)化應用于鋰離子動力電池的正極材料有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰和錳酸鋰等；負極材料主要有石墨或及其復合材料和鈦酸鋰等；電解液主要由有機溶劑和鋰鹽組成，隔膜的主要成分是聚丙烯、聚乙烯或兩者的復合材料。
對于正極材料來說，磷酸鐵鋰發(fā)生熱分解所需的溫度最高，其分解所放出的熱量最少，是目前安全性最好的正極材料。負極材料中，石墨負極與電解液的反應的溫度最低，最容易與電解液發(fā)生反應，放出的熱量最高，而鈦酸鋰負極發(fā)生分解反應的溫度不僅高于石墨與電解液的反應，而且放出的熱量遠低于石墨反應放出的熱量，因此鈦酸鋰材料的安全性遠高于石墨負極。
除此之外，動力電池在充放電循環(huán)中，電池組成物質(zhì)會發(fā)生一些物理和化學的變化而導致電池性能的衰退，這些變化將會在一定程度上影響電池的安全性。事實上，在電池出產(chǎn)后的實際使用中，電池的起火等事故時有發(fā)生?，F(xiàn)有的對于未經(jīng)循環(huán)的新鮮電池的安全性研究成果并不能完全解釋事故的發(fā)生機理。不同材料、不同容量、不同設計電池循環(huán)過程中的電化學或耐濫用行為或許有所差異。根據(jù)所用負極材料的不同，目前市場上常見的動力電池分為兩大類，碳負極體系和鈦酸鋰負極體系電池。
由于碳負極嵌鋰后電位與金屬鋰的電位很接近，金屬鋰的沉積，一般發(fā)生在負極表面。鋰離子在遷移到負極表面時，部分鋰離子沒有進入負極活性物質(zhì)形成穩(wěn)定的化合物，而是獲得電子后沉積在負極表面成為金屬鋰，并逐步形成鋰枝晶。隨著循環(huán)次數(shù)的不斷增加，內(nèi)部極化加劇，鋰枝晶隨著鋰離子電池的循環(huán)不斷生長，可能會穿透隔膜，引起正負極短路。電池在經(jīng)過近千次循環(huán)過后，由于電池材料結構的變化（不停的膨脹收縮）及副反應產(chǎn)物的堆積（析鋰），碳負極表面出現(xiàn)了很多凸起。這種變化不僅影響了電極結構和活性，也會使隔膜受力變形，增大其受破壞的可能性。電池在短路、擠壓、過充實驗中極易發(fā)生熱失控。
與碳負極材料相比，鈦酸鋰材料被稱為“零應變材料”，穩(wěn)定性高，具有更高的嵌鋰電位（1.55V vs. Li+/Li），從根本上消除了金屬鋰枝晶的產(chǎn)生，降低了電池發(fā)生內(nèi)部短路的風險。鈦酸鋰與電解液之間的反應活性較低，幾乎不生成SEI膜，因而具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性，其常溫循環(huán)壽命可達25000次以上。在很高的溫度下，鈦酸鋰能夠吸收正極分解所產(chǎn)生的氧氣，降低了熱失控的風險，提高了電池的安全性。以鈦酸鋰取代碳材料作為鋰離子電池的負極，為保障鋰離子電池的安全、提高電池的循環(huán)性能和使用壽命提供了堅實的基礎。
鈦酸鋰堅定踐行電池安全使命
動力電池的安全性更多取決于材料自身與制造工藝，而鈦酸鋰電池具備的高安全性，有效地解決了安全隱患對于新能源電池推廣應用帶來的困擾。鈦酸鋰電池在最重要的安全性方面，有不可比擬的優(yōu)勢。遵循新國標，鈦酸鋰電池經(jīng)過針刺、電鉆、切割等“殘酷”的實驗，并沒有發(fā)生起火、爆炸等現(xiàn)象，經(jīng)受住了安全性檢測的考驗。鈦酸鋰電池技術市場接受度不斷提升，目前已經(jīng)與三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池一起在動力鋰電池市場形成三足鼎立的局面。
鈦酸鋰電池是鋰電中壽命最長、安全度最高的電池。鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命長，能夠?qū)崿F(xiàn)萬次以上的充放電循環(huán)，高于普通鋰電池。而且鈦酸鋰快速充電性能非常好，其充電倍率不但達到與磷酸鐵鋰和三元相當?shù)?C，還能實現(xiàn)電化學超級電容器10C的倍率充電。這從另一方面證明鈦酸鋰的用途其實非常廣泛。
目前鈦酸鋰電池國內(nèi)市場技術比較成熟，在電動車應用方面主要用于公交車和擺渡車等領域，國內(nèi)生產(chǎn)鈦酸鋰材料比較早的有銀隆、微宏等，國外的東芝在2007年就有了基于鈦酸鋰負極的鋰離子電池問世。其中，以銀隆為代表的鈦酸鋰電池目前已經(jīng)攻克了業(yè)內(nèi)公認的“五大問題”，實現(xiàn)6分鐘快速充電、耐寬溫（-50℃—+60℃）、30年循環(huán)使用壽命、不起火不爆炸高安全性、高效率等優(yōu)良特性。但是鈦酸鋰電池能量密度低是其最大的缺點，當前，鈦酸鋰電池與磷酸鐵鋰電池的能量密度差距也正在不斷縮小。據(jù)悉，銀隆第四代高能量密度鈦酸鋰電池，與第三代相比成本下降40%，能量密度提高60%。銀隆研發(fā)的鈦氫技術，也將有效解決電池能量密度的問題，并通過鈦酸鋰電池和燃料電池的兩者結合，成功解決新能源汽車續(xù)航里程的難題。
未來，電動汽車將是國家踐行“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”的發(fā)展趨勢，也是行業(yè)內(nèi)外關注的焦點，給運營企業(yè)更多保障能增加客戶對電動汽車的信心，也更能促進我國新能源汽車的發(fā)展。從最近的電動汽車安全事故中我們應該警醒，解決電池的安全性問題是首要，能量密度的大幅度提升步伐可適當放緩，電池的可靠性和耐用性應該放在更重要的位置予以關注。高能量意味高風險，動力電池安全高于一切。
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