安全性的困境:首先筆者這里要強(qiáng)調(diào)的是,從最基本的熱力學(xué)角度而言,現(xiàn)有的鋰離子電池體系在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,它之所以能夠穩(wěn)定工作是因?yàn)檎龢O和負(fù)極表面的鈍化膜在動(dòng)力學(xué)上隔絕了高活性的正負(fù)極材料與電解液的進(jìn)一步反應(yīng),而由于各種因素引發(fā)的熱失控則是破壞正負(fù)極表面鈍化膜最直接原因,這個(gè)科學(xué)問(wèn)題對(duì)客觀認(rèn)識(shí)鋰離子電池的安全性將是至關(guān)重要的。
任何一種商品化的二次電池,都需要有效的防過(guò)充措施來(lái)保證電池達(dá)到完全充電態(tài),并且避免不適當(dāng)?shù)倪^(guò)充帶來(lái)的安全性問(wèn)題。不論是水系的還是有機(jī)系的二次電池,其充電安全性都是建立在正極限容(負(fù)極容量過(guò)剩)這一基本原則之上的。如果這個(gè)前提消失,過(guò)充的后果就是水系二次電池產(chǎn)氫,對(duì)于鋰離子電池而言則是負(fù)極析鋰。
但是,各種水系二次電池可以有效地利用水的分解反應(yīng)從而采用“氧循環(huán)”的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)充保護(hù)。雖然水系二次電池由于水的分解電壓而限制了其能量密度的進(jìn)一步提升,但是不要忘了水也為水系二次電池提供了一個(gè)近乎完美并且無(wú)可替代的防過(guò)充解決方案。而在鋰離子電池中,負(fù)極一旦析出高活性金屬鋰,由于金屬鋰無(wú)法在電池內(nèi)部消除而必將產(chǎn)生安全性問(wèn)題。
所以,從某種意義上而言,鋰離子電池在安全性問(wèn)題上是無(wú)解的!通過(guò)一些技術(shù)措施的綜合應(yīng)用,如熱控制技術(shù)(PTC 電極)、正負(fù)極表面陶瓷涂層、過(guò)充保護(hù)添加劑、電壓敏感隔膜以及阻燃性電解液等都可以有效改善鋰電的安全性,但是這些措施都不可能從根本上解決鋰電的安全性問(wèn)題,因?yàn)殇囯娫跓崃W(xué)上就是不穩(wěn)定體系。
另一方面,電池網(wǎng)這些措施不僅增加了成本,而且也降低了電池的能量密度。限制動(dòng)力電池單體電芯的容量,仍然是緩解安全性的一個(gè)必要措施。筆者這里要強(qiáng)調(diào)的是,BMS并不能解決鋰離子動(dòng)力電池的安全性問(wèn)題,這是由BMS基本工作原理所決定的。
如果我們綜合考慮上述因素就會(huì)明白,鋰電的“安全性”只是相對(duì)意義上的。近幾年,國(guó)內(nèi)鋰電界一直彌漫著鋰離子電池將一統(tǒng)江湖而取代其它二次電池的論調(diào),僅僅從安全性的角度而言,這種論調(diào)無(wú)疑就是荒謬可笑的。