安全性問(wèn)題是動(dòng)力型鋰離子電池在電動(dòng)車輛中使用時(shí)最為關(guān)注的問(wèn)題之一，其影響因素很多，包括正負(fù)極材料、隔膜、電解液以及電池設(shè)計(jì)與電源管理系統(tǒng)等一系列的問(wèn)題。目前所做的鋰離子電池安全性測(cè)試和評(píng)估都是抽樣將成品電池在不同濫用狀態(tài)下進(jìn)行各種安全性試驗(yàn)，而磷酸鐵鋰材料以及磷酸鐵鋰電池的優(yōu)異安全性能也是在這些條件下測(cè)試出的。而關(guān)系到鋰離子電池安全性的更重要的一個(gè)因素是因?yàn)椴牧弦约半姵氐膬?nèi)在原因而存在的短路的可能性以及短路的較高幾率。而以金屬鋰為負(fù)極的鋰二次電池就是因?yàn)榇嬖谠诔浞烹娺^(guò)程中由于鋰枝晶的產(chǎn)生會(huì)刺穿隔膜引起內(nèi)部短路的安全問(wèn)題而被放棄。

一般認(rèn)為，鋰離子電池在正常使用狀態(tài)下是安全的，這從日本豐田公司利用業(yè)內(nèi)認(rèn)為安全性最差的鎳系化合物作為正極材料也可以看出。盡管磷酸鐵鋰材料從熱力學(xué)方面來(lái)說(shuō)，其熱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定型是目前所有正極材料中最高的，并且在實(shí)際安全性能測(cè)試中也被驗(yàn)證，但從材料以及電池內(nèi)在發(fā)生短路的可能性和幾率來(lái)看，它可能又是最不安全的。

首先，從材料的制備來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰的固相燒結(jié)反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的多相反應(yīng)（盡管有一些合成技術(shù)宣稱是液相合成工藝，但是最終都需要高溫固相燒結(jié)這一過(guò)程），有固相磷酸鹽、鐵的氧化物以及鋰鹽，外加碳的前驅(qū)體以及還原性氣相。為了保證磷酸鐵鋰中的鐵元素是正二價(jià)，燒結(jié)反應(yīng)必須在還原性氣氛中進(jìn)行，而較強(qiáng)的還原性氣氛在將三價(jià)鐵離子還原成正二價(jià)鐵離子的過(guò)程中，存在將正二價(jià)鐵離子進(jìn)一步還原成微量單質(zhì)鐵的可能性。單質(zhì)鐵會(huì)引起電池的微短路，是電池中最忌諱的物質(zhì)，這也是日本沒(méi)有將磷酸鐵鋰應(yīng)用于動(dòng)力型鋰離子電池中的主要原因之一。此外，固相反應(yīng)一個(gè)顯著的特點(diǎn)是反應(yīng)的緩慢性和不徹底性，這使得在磷酸鐵鋰中存在微量Fe2O3的可能性，美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室將磷酸鐵鋰高溫循環(huán)性差的缺陷歸結(jié)為Fe2O3在充放電循環(huán)過(guò)程中的溶解以及單質(zhì)鐵在負(fù)極上的析出。此外，為了提高磷酸鐵鋰的性能，必須將其顆粒納米化。而納米材料的一個(gè)顯著特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較低，化學(xué)活性較高，這在某種程度上也增加了磷酸鐵鋰中鐵溶解的幾率，特別是在高溫循環(huán)與儲(chǔ)存條件下。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明，在負(fù)極上通過(guò)化學(xué)分析或者能譜分析，測(cè)試到鐵元素的存在。

從磷酸鐵鋰電池制備的方面來(lái)說(shuō)，由于磷酸鐵鋰納米級(jí)顆粒較小，比表面積較高，并且由于采用碳包覆工藝，高比表面積的活性炭對(duì)空氣中的水分等氣體具有很強(qiáng)的吸附作用，造成電極加工性能不佳，粘結(jié)劑對(duì)其納米顆粒的粘附力較差。無(wú)論在電池制備過(guò)程中還是在電池的充放電循環(huán)和儲(chǔ)存時(shí)，納米顆粒都容易從電極上脫離，造成電池的內(nèi)部微短路。

據(jù)我們所知，磷酸鐵鋰電池?zé)o論在電池廠家的制造過(guò)程中還是在消費(fèi)者使用過(guò)程中，短路率較高。電池廠家往往多從電池制備工藝入手去查找問(wèn)題，而對(duì)由于磷酸鐵鋰材料內(nèi)在的原因引起短路這一問(wèn)題往往認(rèn)識(shí)不到。美國(guó)A123的18650型磷酸鐵鋰電池幾年前就在電動(dòng)車上起火爆炸過(guò)，當(dāng)時(shí)汽車在高速公路上行駛。后來(lái)的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為是接線的螺絲沒(méi)有擰緊，導(dǎo)致過(guò)熱引起電池起火爆炸。但我們認(rèn)為由于電池內(nèi)部短路引發(fā)起火爆炸的可能性更大。外部局部螺絲沒(méi)有擰緊產(chǎn)生的熱量會(huì)引發(fā)18650型鋰電池這么嚴(yán)重的起火爆炸現(xiàn)象值得懷疑。

孫玉誠(chéng)、中科院物理所博士、日本佐賀大學(xué)博士后、青島新正鋰業(yè)有限公司總經(jīng)理。有十一年的正極材料研究及經(jīng)驗(yàn)。