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“五一”期間，北京市朝陽(yáng)區(qū)蟹島度假村停車場(chǎng)發(fā)生電動(dòng)客車連環(huán)起火事件，燒毀新能源汽車89輛，按照一輛電動(dòng)客車上百萬(wàn)元價(jià)格估算此次火災(zāi)損失近億元。雖然事后，交警稱因柳絮堆積導(dǎo)致火災(zāi)，但人們對(duì)新能源汽車的電池安全依然存在深深的疑問(wèn)。
近年來(lái)，在我國(guó)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(guó)家和地方兩級(jí)高額“補(bǔ)貼”在內(nèi)的強(qiáng)有力的系列政策的推動(dòng)下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展勢(shì)不可擋。而隨著電動(dòng)汽車的商業(yè)化應(yīng)用數(shù)量增加，電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池的自燃、起火爆炸事件時(shí)有發(fā)生，目前正是電動(dòng)汽車行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)機(jī)，任何一起電動(dòng)汽車安全事故不僅僅對(duì)當(dāng)事的制造企業(yè)造成重大影響，也是對(duì)整個(gè)行業(yè)的沉重打擊。動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的核心零部件，電動(dòng)汽車起火或爆炸，人們第一個(gè)想到的往往是電池的問(wèn)題，那么現(xiàn)在電動(dòng)汽車的電池到底安全嗎？
電池機(jī)理分析 鈦酸鋰材料安全性能更佳
從電池機(jī)理角度來(lái)分析，鋰離子電池的起火爆炸是由于鋰離子電池?zé)崾Э囟a(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(xué)放熱反應(yīng)。目前商業(yè)化應(yīng)用于鋰離子動(dòng)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(fù)極材料主要有石墨或及其復(fù)合材料和鈦酸鋰等；電解液主要由有機(jī)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(fù)合材料。
對(duì)于正極材料來(lái)說(shuō)，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(fù)極材料中，石墨負(fù)極與電解液的反應(yīng)的溫度最低，最容易與電解液發(fā)生反應(yīng)，放出的熱量最高，而鈦酸鋰負(fù)極發(fā)生分解反應(yīng)的溫度不僅高于石墨與電解液的反應(yīng)，而且放出的熱量遠(yuǎn)低于石墨反應(yīng)放出的熱量，因此鈦酸鋰材料的安全性遠(yuǎn)高于石墨負(fù)極。
除此之外，動(dòng)力電池在充放電循環(huán)中，電池組成物質(zhì)會(huì)發(fā)生一些物理和化學(xué)的變化而導(dǎo)致電池性能的衰退，這些變化將會(huì)在一定程度上影響電池的安全性。事實(shí)上，在電池出產(chǎn)后的實(shí)際使用中，電池的起火等事故時(shí)有發(fā)生。現(xiàn)有的對(duì)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(jī)理。不同材料、不同容量、不同設(shè)計(jì)電池循環(huán)過(guò)程中的電化學(xué)或耐濫用行為或許有所差異。根據(jù)所用負(fù)極材料的不同，目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的動(dòng)力電池分為兩大類，碳負(fù)極體系和鈦酸鋰負(fù)極體系電池。
由于碳負(fù)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(fù)極表面。鋰離子在遷移到負(fù)極表面時(shí)，部分鋰離子沒(méi)有進(jìn)入負(fù)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(fù)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(zhǎng)，可能會(huì)穿透隔膜，引起正負(fù)極短路。電池在經(jīng)過(guò)近千次循環(huán)過(guò)后，由于電池材料結(jié)構(gòu)的變化（不停的膨脹收縮）及副反應(yīng)產(chǎn)物的堆積（析鋰），碳負(fù)極表面出現(xiàn)了很多凸起。這種變化不僅影響了電極結(jié)構(gòu)和活性，也會(huì)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(guò)充實(shí)驗(yàn)中極易發(fā)生熱失控。
與碳負(fù)極材料相比，鈦酸鋰材料被稱為“零應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)。鈦酸鋰與電解液之間的反應(yīng)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(dá)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(fēng)險(xiǎn)，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(fù)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
鈦酸鋰堅(jiān)定踐行電池安全使命
動(dòng)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(duì)于新能源電池推廣應(yīng)用帶來(lái)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(shì)。遵循新國(guó)標(biāo)，鈦酸鋰電池經(jīng)過(guò)針刺、電鉆、切割等“殘酷”的實(shí)驗(yàn)，并沒(méi)有發(fā)生起火、爆炸等現(xiàn)象，經(jīng)受住了安全性檢測(cè)的考驗(yàn)。鈦酸鋰電池技術(shù)市場(chǎng)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(dòng)力鋰電池市場(chǎng)形成三足鼎立的局面。
鈦酸鋰電池是鋰電中壽命最長(zhǎng)、安全度最高的電池。鈦酸鋰電池的循環(huán)壽命長(zhǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)萬(wàn)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(dá)到與磷酸鐵鋰和三元相當(dāng)?shù)?C，還能實(shí)現(xiàn)電化學(xué)超級(jí)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(shí)非常廣泛。
目前鈦酸鋰電池國(guó)內(nèi)市場(chǎng)技術(shù)比較成熟，在電動(dòng)車應(yīng)用方面主要用于公交車和擺渡車等領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)鈦酸鋰材料比較早的有銀隆、微宏等，國(guó)外的東芝在2007年就有了基于鈦酸鋰負(fù)極的鋰離子電池問(wèn)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(rèn)的“五大問(wèn)題”，實(shí)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(diǎn)，當(dāng)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(shù)，也將有效解決電池能量密度的問(wèn)題，并通過(guò)鈦酸鋰電池和燃料電池的兩者結(jié)合，成功解決新能源汽車?yán)m(xù)航里程的難題。
未來(lái)，電動(dòng)汽車將是國(guó)家踐行“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”的發(fā)展趨勢(shì)，也是行業(yè)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)，給運(yùn)營(yíng)企業(yè)更多保障能增加客戶對(duì)電動(dòng)汽車的信心，也更能促進(jìn)我國(guó)新能源汽車的發(fā)展。從最近的電動(dòng)汽車安全事故中我們應(yīng)該警醒，解決電池的安全性問(wèn)題是首要，能量密度的大幅度提升步伐可適當(dāng)放緩，電池的可靠性和耐用性應(yīng)該放在更重要的位置予以關(guān)注。高能量意味高風(fēng)險(xiǎn)，動(dòng)力電池安全高于一切。
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