锂电池热”的“冷”思考

　　8月20日辽阳一辆电动汽车着火，8月23日聊城发生电动火车着火事件，8月25日成都威马汽车起火，8月26日安徽铜陵一辆安凯电动客车着火……2018年5月到8月，公开报道的电动汽车事故多达16起，其中事故原因判断为“充电自燃”就有9起，其他事故原因包括电池故障、电器元件短路、停放中自燃等等。新能源汽车进入发展高速期，技术突破和安全性上的挑战随之而来。

　　新能源汽车主是指采用非常规的车用燃料作为动力来源的汽车，目前市面上最常见的是纯电动汽车和混合动力汽车。与普通汽车需要内燃机一样，电动汽车需要动力电池提供前进的能量，目前动力电池中最主要的类型是锂离子蓄电池。

　　“遵循科学规律，不要盲目”、“先把安全可靠的技术发展起来”，在10月17日至18日 北京举行的“中国宜春·2018全球锂电产业链高峰论坛”上，来自学界业界的人士，纷纷就锂电池发展安全性的问题，如是呼吁。

　　锂离子电池（Li-ion Battery）由锂电池（Lithium Battery）发展而来。锂电池在人们的生活中由来已久，比如纽扣电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是金属锂。电池组装完成后电池即有电压，不再充电。锂电池一般禁止充电，因为其充电放电过程中容易形成锂枝晶，造成电池内部短路。

　　1992年，日本索尼公司发明了以炭材料为负极，以含锂化合物作正极的电池，在充放电过程中，只有锂离子，没有金属锂存在，也就是现在的锂离子电池。此后，日本索尼能源开发公司和加拿大Moli能源公司分别研制成功了新型的锂离子蓄电池（以下简称“锂电池”）。目前锂电池已广泛用于各类手持式电子产品和电动汽车上。

　　对于锂电池来说，性能好坏表现在两个指标上：一个是充放电倍率，代表了电池的充电速度；一个是能量密度，决定了一辆车能续航多少公里。然而，对这两项指标的盲目追求，很大程度上牺牲的是安全系数。

　　“这些着火的事件，至少有60%是在充电或充电刚刚结束的时候出的事，说明充电出了大问题。” 国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬表示。

　　锂电池在充电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，正极负极不发生氧化反应。但是王子冬提出，现在充电的方法和使用过程充电都是用的氧化还原反应，不是锂电池遵循自身规律应该有的充电方法。此前王子冬团队的实验结果显示，使用现在的充电方法，大概能使电池寿命降低30%。因此在这样的情况下，王子冬认为不应当考虑用大电流充电。

　　锂电池的充放电倍率是指单位额定容量内的充放电电流，例如额定容量为100Ah的电池用20A充放电时，其充放电倍率就为0.2C。一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，但同时电池发热现象也越严重。目前纯电动汽车的充电容量都是慢充化的，基本在0.3C到0.5C之间。另一方面，用过大的电流充电会造成容量不够满，这是因为电池内部的电化学反应需要时间。和倒啤酒的一样，倒太快会产生泡沫，反而倒不满。

　　北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁介绍，今天的多元正极金属复合氧化物电池要实现8分钟充电，理论上大概要用10C的倍率才能做到，“这个能量不可想象”。

　　这些技术瓶颈实际上并不是新问题，其鲁是中国锂电池研究领域的先锋人物之一，曾担任2008年奥运会清洁能源电动车用动力电池项目的首席科学家，早在北京奥运会时期，他们就针对各类问题做过各种实验。当时三元材料电池已经可以在5分钟内完成充电。在实验里，三元锂电池在快速充电的过程中，热量不能迅速释放，使得爆炸的可能性大大增加。考虑到安全问题，其鲁表示这种技术不能用到纯电动车上，只能用在电池混合动力车。

　　此外，动力电池的快充还面临着一个非常现实的问题——城市的电力基本设施无法满足个需求。假设一辆公交车用的是150kWh的电池，需要5分钟来充电，一辆公交车就需要100kW供电能力，如果同时有几百辆上千辆公交车一起充电，会对电网造成很大的冲击。

　　目前，王子冬的团队正研究充电过程中根据电池特性调整充电方法，改了不同的充电方法后，普通标准充电法充500次的电池寿命，在新方法下可以做到充电1000次，有效减缓了电池的衰减。所以王子冬表示，即便有很多瓶颈，锂电池一定会有特别适合自己的充电方法。

　　其鲁认为，现阶段最合适的是以车位为单位接线充电，两三个小时、五六个小时、甚至一个晚上，这是充电技术完全可以做到。通过先把安全可靠的充电方式发展起来，来推动电动汽车的稳步、安全、健康发展。