中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：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)問題對客觀認(rèn)識(shí)鋰離子電池的安全性將是至關(guān)重要的。
2012年，國務(wù)院出臺(tái)了《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》，該規(guī)劃明確了我國新能源汽車的發(fā)展將以鋰離子電池純電動(dòng)汽車（LIB-EV）為主要方向。最近幾年，鋰離子電池純電動(dòng)汽車在我國已經(jīng)成為新能源汽車的絕對主流路線，鋰離子電池已經(jīng)一統(tǒng)我國電動(dòng)汽車動(dòng)力電池市場。
2014年12月，全球第一大汽車公司豐田汽車（Toyota）正式推出了全球首款量產(chǎn)型燃料電池（PEMFC）電動(dòng)汽車Mirai（FC-EV）。緊跟其后，本田汽車（Honda）也在2015年下半年發(fā)布了其新一代燃料電池汽車FCVClarity。之后，日本日產(chǎn)（Nissan）、韓國現(xiàn)代汽車（Hyundai）、美國通用汽車（GM）、德國寶馬（BMW）和大眾（VW）也都在近兩年陸續(xù)發(fā)布了各自的燃料電池電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃。
我們可以看到，中國與日本（實(shí)際上也包括韓國和歐美主流車企）在純電動(dòng)汽車發(fā)展方向上選擇了不同的技術(shù)路線。面對Toyota、Honda和Hyundai燃料電池汽車（FC-EV）小批量商業(yè)化生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)，我們當(dāng)下首先需要認(rèn)真思考的是為什么中國和日本在發(fā)展純電動(dòng)汽車方面選擇了不同的技術(shù)路線？或者說鋰離子電池和燃料電池到底哪種動(dòng)力系統(tǒng)更加合適純電動(dòng)汽車？
從本質(zhì)上上而言，包括鋰離子電池在內(nèi)的二次電池是一種能量存儲(chǔ)裝置，通過可逆的電化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能的存儲(chǔ)和釋放。而燃料電池（PEMFC）則是一種電能生產(chǎn)裝置，它通過電催化反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來。雖然燃料電池也叫“電池”（中文翻譯的原因），但是它的基本工作模式卻與內(nèi)燃機(jī)有些相似，跟常規(guī)二次電池有著本質(zhì)上的區(qū)別。這兩種電化學(xué)電源體系工作方式上的本質(zhì)不同，將直接決定它們在應(yīng)用層面上的不同定位。
當(dāng)前，我國在電動(dòng)汽車動(dòng)力源（動(dòng)力電池）的選擇上基本上是將鋰離子電池作為唯一的選擇，并且國內(nèi)鋰電界也一直盛行著這“鋰離子電池會(huì)取代其它二次電池一統(tǒng)江湖”或者“鋰離子電池應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛是萬能電池”這樣的奇談怪論。
筆者認(rèn)為這里有必要澄清一些關(guān)于鋰離子電池的基本認(rèn)識(shí)。在筆者看來，鋰離子電池存在兩大挑戰(zhàn)，使其難以成為大中型交通工具的主動(dòng)力源：安全性的困境和能量密度的瓶頸。
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)問題對客觀認(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，都需要有效的防過充措施來保證電池達(dá)到完全充電態(tài)，并且避免不適當(dāng)?shù)倪^充帶來的安全性問題。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)極容量過剩）這一基本原則之上的。如果這個(gè)前提消失，過充的后果就是水系二次電池產(chǎn)氫，對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)”的原理來實(shí)現(xiàn)過充保護(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)近乎完美并且無可替代的防過充解決方案。而在鋰離子電池中，負(fù)極一旦析出高活性金屬鋰，由于金屬鋰無法在電池內(nèi)部消除而必將產(chǎn)生安全性問題。
所以，從某種意義上而言，鋰離子電池在安全性問題上是無解的！通過一些技術(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題，因?yàn)殇囯娫跓崃W(xué)上就是不穩(wěn)定體系。
另一方面，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”只是相對意義上的。近幾年，國內(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)無疑就是荒謬可笑的。
