在2010中國綠色產(chǎn)業(yè)和綠色經(jīng)濟(jì)國際博覽會(huì)上，上海通用汽車推出了鋰電池短途電動(dòng)汽車，這款車是專門為城市市民上下班設(shè)計(jì)的。（本報(bào)記者 原小瑛 攝）

    
      編者按 本報(bào)在11月23日刊發(fā)《電動(dòng)汽車“心臟”期待化工攻關(guān)》一文，報(bào)道了電動(dòng)汽車商業(yè)化的瓶頸在于其核心部件鋰電池尚待化工技術(shù)的突破。文章刊發(fā)后不久，本報(bào)收到了江蘇常熟合眾環(huán)保能源技術(shù)研究所所長沙永康的一篇文章。文章提出，除了核心材料需要攻關(guān)外，鋰電池的安全問題更是橫亙在技術(shù)發(fā)展中的一道門檻。沙永康是一位長期致力于新能源研究的專業(yè)人士。我們認(rèn)為，他的觀點(diǎn)對當(dāng)前國內(nèi)正在迅猛發(fā)展的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)是個(gè)提醒。現(xiàn)將其全文編發(fā)，供業(yè)內(nèi)人士參考。

    中國對新能源汽車的熱情所帶來的風(fēng)潮，正在使曾經(jīng)在移動(dòng)通信和移動(dòng)視聽方面帶來極大便利的鋰電池成為最熱門的競爭和關(guān)注點(diǎn)之一。但是，當(dāng)更多人在續(xù)航里程、電池壽命以及充電站等方面絞盡腦汁時(shí)，一個(gè)非常重要的根本問題似乎被忽視了，那就是——它足夠安全嗎？

    爆炸威力比炸彈還厲害

    鋰電池是個(gè)天使。1978年3月，供職于美國埃克森石油公司的化學(xué)家斯坦利·韋廷漢姆發(fā)明鋰電池。鋰是自然界已知最輕的金屬，因此相比當(dāng)時(shí)其它電池而言，比能量最大，即質(zhì)量最小最輕，而且大電流充、放電、自放電等性能十分優(yōu)異。由此引發(fā)了世界上科技界、企業(yè)界的大力研發(fā)。其中日本索尼公司為了其“隨身聽”產(chǎn)品找到方便且可反復(fù)充、放電的電池，經(jīng)十幾年的研發(fā)，率先形成商用。適逢移動(dòng)電話問世，鋰電池為之微型化、輕量化作出了貢獻(xiàn)。后來鋰電池又普及于微型電子產(chǎn)品，如音樂播放器上。如今我們開始用于電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車上。

    但是，鋰電池也是個(gè)魔鬼。今年9月，美國聯(lián)合包裹服務(wù)公司（UPS）運(yùn)營的一架波音747－400型貨機(jī)在阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜墜毀，兩名機(jī)組人員喪生。美國聯(lián)邦航空管理局經(jīng)調(diào)查后指出，失事客機(jī)載有大量鋰電池，鋰電池在空運(yùn)過程中可能因過熱而起火爆炸。

    去年，一個(gè)荷蘭人買了美國蘋果公司的一款鋰電池智能手機(jī)，某天將手機(jī)隨意放在家里的桌上，處于待機(jī)狀態(tài)的手機(jī)突然發(fā)出一陣怪異的聲音。他預(yù)感可能手機(jī)電池出了問題，馬上沖過去把手機(jī)從窗戶扔出去。手機(jī)還未等落到窗外的花園里就炸開了。蘋果公司為了不讓事態(tài)擴(kuò)大，賠付了一筆巨款。

    還有未見諸報(bào)端的安全事故。2008年，北京一家電動(dòng)汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)在做鋰電池充放電試驗(yàn)的時(shí)候，突然電池起火，所幸研究人員就在旁邊，迅速切斷了電源，沒有造成傷亡。如果無人在場的話，后果會(huì)很嚴(yán)重。另外幾年前，某高校汽車研究所，一輛鋰電池電動(dòng)汽車晚上突然起火，連同旁邊的一輛老爺車一同化為灰燼。

    手機(jī)鋰電池內(nèi)含鋰金屬約5克，一輛電動(dòng)微轎車，若儲(chǔ)電30千瓦時(shí)，其電池組內(nèi)含鋰金屬約50千克。儲(chǔ)電160千瓦時(shí)的公交大客車含鋰在250～300千克。手機(jī)電池的爆炸尚會(huì)令人談虎色變，一組微轎電池若發(fā)生萬一，后果不可想象。倘若是儲(chǔ)電160千瓦時(shí)的電動(dòng)公交大客車發(fā)生爆炸，無疑相當(dāng)于一個(gè)炸彈，而且還是一個(gè)大炸彈。

    美國研究者稱，手機(jī)鋰電池爆炸是1/500萬的機(jī)率。手機(jī)里裝有1塊鋰電池，爆炸的概率不大。而公交大客車如用手機(jī)鋰電池串并聯(lián)成電池組的話，要安裝約1萬塊鋰電池，爆炸的概率則上升到1/500。

 
    當(dāng)然，真正商業(yè)化的電動(dòng)汽車不會(huì)用手機(jī)鋰電池來組裝電池組，而是用容量比較大的鋰電池來組裝，但也需要幾百上千塊鋰電池。同時(shí)，大容量電池和小容量電池各有各的問題。用小容量電池組裝，爆炸機(jī)率高，但是它個(gè)小，容易散熱。用大電池組裝，爆炸機(jī)率低，但是它不容易散熱，無疑又增加了安全隱患。雖然電動(dòng)汽車上配備有電池管理系統(tǒng)，可以適時(shí)給電池散熱，在一定程度上降低了風(fēng)險(xiǎn)，但問題是高溫只是引發(fā)電池爆炸的一個(gè)原因，并不是全部。

    目前，鋰電池在手機(jī)和音樂播放器上已經(jīng)不可或缺。為了最大程度降低風(fēng)險(xiǎn)，美國交通安全管理局（TSA）建議，鋰電池手機(jī)和音樂播放器電池使用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是使用原裝充電器。二是使用原裝電池。三是不要將電池處于高溫環(huán)境下，并且避免膨脹。四是不要改裝電池。五是充電時(shí)不可通話或放電。

    根據(jù)TSA以上建議的第五條：充電時(shí)不可通話或放電來看，現(xiàn)在電動(dòng)汽車鋰電池有邊充電、邊放電的工況，這是否安全、合適需要研發(fā)者進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。

    爆炸原因尚未找到

    目前，世界各國的鋰電池專家都沒有搞清楚何種情況下鋰電池會(huì)爆炸，何種情況下不會(huì)爆炸。可怕就可怕在這里，因?yàn)闊o法對癥下藥，各種能想到的防范措施也就無法做到萬無一失。

    鋰電池爆炸的原因有待破解，但顯然與其自身的構(gòu)成要素脫不了干系。

    一是正負(fù)極短路引發(fā)爆炸。通常一塊鋰電池由正極、負(fù)極、隔膜、電解液、單體外包裝等五大要素組成。當(dāng)年，索尼公司研制成功的第一批商用鋰電池，其正極由鋰的化合物鈷酸鋰制成。但由于鈷屬于稀有金屬，后來多采用錳、鐵、釩、鎳等以及高分子合成材料，甚至以空氣作為電極之媒介。不同的正極材料，其能量、安全性、工作電壓各異。負(fù)極由石墨及各種混合、合成、復(fù)合材料擔(dān)當(dāng)。石墨分子的空間，是供鋰離子儲(chǔ)存的空間格子。

    充電時(shí)，正極的鋰離子絕大部分轉(zhuǎn)移至負(fù)極的空格內(nèi)。當(dāng)負(fù)極上鋰離子過度積聚到一定極限，鋰離子就會(huì)溢出，生成枝狀晶體。這些晶體生長蔓延，刺破隔膜，使正負(fù)極接觸，于是短路就發(fā)生了。此時(shí)的短路會(huì)瞬間釋放出大量的熱，使容易發(fā)熱的和燃燒的電解質(zhì)沸騰起來，最終爆炸，稱為熱失效。此外高溫、刺穿、擊穿、金屬屑連通以及車輛碰撞造成對電池的擠壓都成為正負(fù)極短路出現(xiàn)熱失效的原因。

    二是自身化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致爆炸。鋰電池本身具有自放電的特征，即在電池外界不充、不放的條件下，它內(nèi)部也在進(jìn)行程度快慢不一的化學(xué)反應(yīng)。性能優(yōu)異的電池則自放電率低，反之則自放電率很高。這種內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)會(huì)使得一部放在桌子上的音樂播放器在關(guān)機(jī)狀態(tài)發(fā)生爆炸。

    三是快充快放導(dǎo)致爆炸。充電放熱、放電吸熱是鋰電池的一個(gè)特征，但有時(shí)候充電太快也會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象。這是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)來不及將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)電池升溫則是化學(xué)能來不及轉(zhuǎn)化成電能所致。因此充電時(shí)一般有管理系統(tǒng)而無恙，但放電時(shí)反而會(huì)出問題。基于這樣的原理，鋰電池放電的電流不宜太大，若電流太大、持續(xù)時(shí)間太長或許會(huì)使化學(xué)反應(yīng)劇烈而升溫發(fā)熱，乃至起火爆炸。

    事實(shí)上，現(xiàn)在宣傳的有關(guān)于鋰電池能快充電、快放電的概念，是相對鉛酸電池等快一點(diǎn)而已。但若超出鋰電池充放電之極限，危險(xiǎn)也許就在不遠(yuǎn)處潛伏。至于鋰電池到底合適多大電流放電，應(yīng)由實(shí)際來定。但對于汽車行駛工況而言，瞬間大電流放電是常事，這對鋰電池來說是個(gè)考驗(yàn)。

    現(xiàn)在，充放電的過程是可控的，可以通過制造工藝、金屬粉末、人工等降低危險(xiǎn)性，但電池內(nèi)自身化學(xué)反應(yīng)目前尚難以控制。

    所以，基于安全性等原因，歐美、日本企業(yè)均把電動(dòng)汽車作為中長期研發(fā)項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2015年、2020年、2030年商用的都有。而我們似乎急了一點(diǎn)，計(jì)劃在未來2～3年要達(dá)到規(guī)模量產(chǎn)，這在技術(shù)上毫無把握。國外是在試驗(yàn)，而我們卻在押注賭博，試圖“彎道超車”，由此帶來的風(fēng)險(xiǎn)極大。

    如何回收利用暫無良策

    如果說鋰電池在使用過程中是一個(gè)微型活火山，那么報(bào)廢后的鋰電池似乎是一個(gè)死火山。報(bào)廢后只要不解體，鋰電池的五大要素齊全，其化學(xué)反應(yīng)便不會(huì)中斷，只是程度降低。有可能在外界某種條件的觸發(fā)下出事故。所以鋰電池生產(chǎn)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)目前就像對待核燃料一樣，將報(bào)廢后的鋰電池單獨(dú)封存在倉庫里，視其為危險(xiǎn)物品，不敢碰它。

    其實(shí)廢舊鋰電池封存起也存在安全隱患。2003年，武漢硚口漢西一路的長江板材市場內(nèi)的一處廢置廠房失火，火災(zāi)引燃了一房間內(nèi)堆積的廢鋰電池。電池遇到高溫紛紛連環(huán)爆炸。據(jù)附近居民反映，響聲如同炸彈接連爆炸一般，一直持續(xù)了十幾分鐘。由于鋰電池內(nèi)部的化學(xué)成分，干粉滅火器一度無法滅火。最后大火將整間屋子燒光，只剩下一些鋰電池的外殼。

    如果按照中國政府2009年頒布實(shí)施的《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，到2011年，電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、氫燃料電池車將達(dá)到50萬輛，那么屆時(shí)將有數(shù)十萬輛新能源汽車駛上城市街頭。一輛公交車最多兩年就得換一批電池，轎車則根據(jù)行使里程數(shù)來決定鋰電池的使用年限。但肯定的是，市場上的鋰電池?cái)?shù)量將劇增，同時(shí)封存在倉庫里的報(bào)廢鋰電池也將劇增。

    很可惜，目前鋰電池的回收利用是世界性難題。各國都沒有研發(fā)出工廠化的回收技術(shù)和設(shè)備。國內(nèi)在廢舊鋰電池的回收管理上更是一片空白。手機(jī)廢舊鋰電池多年來就處于無人管的狀態(tài)。但是手機(jī)鋰電池畢竟個(gè)小、含有鋰的量也少，另外這些電池分散在各處，降低了風(fēng)險(xiǎn)。車用鋰電池可就大不一樣了，大量的鋰電池聚集在一起，風(fēng)險(xiǎn)大大增加。

    目前電動(dòng)汽車只是在示范，問題還不大，如果未來幾年電動(dòng)汽車滿街跑的話，大量的報(bào)廢電池怎么來解決？由此可見，電動(dòng)汽車的使用雖然解決了環(huán)保問題，又帶來了安全問題。想要兩全其美，任重道遠(yuǎn)。

近幾年，鋰電池著火爆炸的事故頻頻發(fā)生。圖①今年6月，南京一輛停在路邊的鋰電池電動(dòng)自行車自燃。圖②今年9月，揚(yáng)州仙鶴寺圍墻外的充電站在給自行車充電時(shí)突然起火，仙鶴寺險(xiǎn)些被毀。圖③今年9月，泉州一輛電動(dòng)自行車突然起火爆炸。圖④2003年武漢一廢棄廠房的鋰電池起火爆炸，只剩下一堆鋰電池外殼。  （CFP 供圖）