近年來，在國家補貼政策和消費者喜好的影響下，新能源汽車企業(yè)紛紛把增加續(xù)航作為主要的目標。值得一提的是，在續(xù)航里程要求不斷增加的背后，新能源汽車普遍采用的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池技術并未實現同等水平的提升。

中國汽車工程學會常務副理事長兼秘書長張進華直言，續(xù)航里程和技術的先進性，不是完全正相關。企業(yè)片面對續(xù)航里程的追求，使得動力電池發(fā)展失去科學性。分析電動汽車起火背后的原因，不難發(fā)現大部分原因指向動力電池，既有電池本身的質量問題，也有材料特性造成的結果。

采用三元鋰電池的某知名品牌的電動汽車雖然電池管理系統(tǒng)很強大，但由于三元鋰電池的穩(wěn)定性天生相對差，即使其采用了加強了外護板、冷卻系統(tǒng)等方面的安全保護設計，但仍然難以完全避免特斯拉電動汽車的自燃事故發(fā)生。

由此可見，電池材料技術路線也是導致新能源汽車起火頻發(fā)的重要因素。眾多研究資料表明，以碳材料為負極的鋰離子電池，由于碳電極與金屬鋰的電位接近，當電池過充電時容易在碳電極表面析出金屬鋰形成鋰枝晶，鋰枝晶會刺穿隔膜引起短路。

根據某消防單位總結，新能源汽車發(fā)生燃燒主要有以下四種場景：充電過程中燃燒、電池行駛或放置過程中引發(fā)的燃燒、碰撞翻車引發(fā)的燃燒、涉水引發(fā)的燃燒，而充電過程或充電結束后產生燃燒的情況是最多。

新能源汽車的安全性呼喚動力電池多元化

多起事故警示新能源汽車產業(yè)唯續(xù)航、唯密度的發(fā)展模式該停下來了。事實上，近年來，一種以安全見長的電池技術也正在受到業(yè)界重視。研究人員發(fā)現，鈦酸鋰材料作為負極，能吸收正極發(fā)生分解反應釋放出的氧氣，大幅度降低了電池熱失控的風險;晶型結構幾乎不會發(fā)生變化，在電池充放電反應中不易產生金屬活動性強的鋰晶枝，大大避免了鋰枝晶刺穿隔膜引起短路、因而，鈦酸鋰電池在高溫、低溫環(huán)境中均可以達到安全使用標準。

目前，這一項技術已經成熟并廣泛應用于公交車等需要極高安全穩(wěn)定的公共場所領域。以國內最大的鈦酸鋰電池生產商銀隆新能源為例，裝配高安全性、高穩(wěn)定性的鈦酸鋰電池公交車早已在北京、包頭、南京等多個城市運營。

業(yè)內專家表示，長期以來鈦酸鋰電池續(xù)航短板被夸大，事實上，隨著未來城市充電設施覆蓋的不斷完善，具備高安全、長壽命、快充放的鈦酸鋰電池將成為新能源汽車尤其客車領域的重要突破口，將推動整個能源及新能源汽車格局的變化。在確保安全運行的同時，改善能源存儲和延長電池壽命的巨大挑戰(zhàn)正變得越來越重要，因為從便攜式設備到電動汽車，我們對這種能源的依賴越來越大。由材料科學與工程助理教授袁洋領導的哥倫比亞大學工程團隊于2019年4月22日宣布，他們已經開發(fā)出一種新的方法，通過植入氮化硼納米涂層來穩(wěn)定鋰金屬電池中的固體電解質，從而安全延長電池壽命，其研究發(fā)現發(fā)表在《焦耳》上。傳統(tǒng)鋰離子電池目前廣泛應用于日常生活中，但其能量密度較低，導致電池壽命較短。

并且由于電池內部含有高度易燃的液體電解質，可能會短路甚至起火。用鋰金屬代替鋰離子電池中使用的石墨陽極，可以提高能量密度：鋰金屬的理論充電容量比石墨高近10倍。但在電鍍鋰的過程中，樹突往往會形成，如果它們穿透電池中間的隔膜，就會造成短路，引發(fā)人們對電池安全的擔憂。研團隊決定專注于固體陶瓷電解質，與傳統(tǒng)的鋰離子電池中的易燃電解質相比，它們在提高安全性和能量密度方面顯示出巨大的潛力。對可充電固態(tài)鋰電池特別感興趣，因為它們是下一代能源存儲的有前景的候選產品，大多數固體電解質是陶瓷的，因此不易燃，消除了安全隱患。

一種人造氮化硼(BN)薄膜在化學和機械上都能抵抗鋰，它通過電子方式將磷酸鋁鈦鋰(LATP)與鋰隔離，但在被聚氧乙烯(PEO)滲透時仍能提供穩(wěn)定的離子通道，從而實現穩(wěn)定的循環(huán)。圖片：QianCheng/ColumbiaEngineering此外，固體陶瓷電解質具有較高的機械強度，實際上可以抑制鋰枝晶的生長，使鋰金屬成為電池陽極的涂層選擇。然而，大多數固體電解質對鋰離子不穩(wěn)定，易被金屬鋰腐蝕，不能用于電池。該論文的第一作者、應用物理和應用數學學系博士后科學家錢成(音譯)說：鋰金屬對于提高能量密度是不可缺少的，所以我們能夠將它用作固體電解質的陽極至關重要。為了使這些不穩(wěn)定的固體電解質適應實際應用，需要開發(fā)一個化學和機械上穩(wěn)定界面來保護這些固體電解質免受鋰陽極的傷害。

為了運輸鋰離子，界面不僅要具有高度的電子絕緣性，而且還要具有離子導電性，這是至關重要的。此外，該接口必須超薄，以避免降低電池的能量密度。為了應對這些挑戰(zhàn)，該團隊與布魯克海文國家實驗室(BrookhavenNationalLab)和紐約城市大學(CityUniversityofNewYork)同事合作。沉積了5~10nm的氮化硼(BN)納米膜作為保護層，隔離金屬鋰與離子導體(固態(tài)電解質)之間的電接觸，并加入少量聚合物或液體電解質滲入電極/電解質界面。選擇BN作為保護層，因為它在化學和機械上與金屬鋰穩(wěn)定，提供了高度的電子絕緣。設計氮化硼層具有內在缺陷，鋰離子可以通過它，使它成為一個優(yōu)秀的分離器。

（圖示）左圖顯示接觸到鋰金屬的磷酸鋁鈦鋰(LATP)顆粒會立即被還原，鋰與固體電解質之間嚴重的副反應會使電池在幾個周期內發(fā)生故障。右邊顯示的是一種人造氮化硼薄膜，它在化學和機械上都能抵抗鋰。它通過電子方式將LATP與鋰隔離，但當被聚乙烯氧化物(PEO)滲透時，仍能提供穩(wěn)定的離子通道，從而實現穩(wěn)定的循環(huán)。圖片：QianCheng/ColumbiaEngineering

此外，化學氣相沉積法制備氮化硼容易形成大尺度(~dm級)、原子薄尺度(~nm級)和連續(xù)薄膜。雖然早期研究使用厚度僅為200微米的聚合物保護層，但新研究厚度僅為5~10納米的BN保護膜在這種保護層極限下仍然很薄，而不會降低電池的能量密度。這是一種完美的材料，可以作為一種屏障，防止金屬鋰侵入固態(tài)電解質。就像防彈背心一樣，開發(fā)了一種針對不穩(wěn)定固體電解質的鋰金屬防彈背心，通過這項創(chuàng)新，實現了長循環(huán)壽命的鋰金屬電池。研究人員目前正在將新方法擴展到不穩(wěn)定固體電解質的廣泛范圍，并進一步優(yōu)化界面，希望制造出高性能、長循環(huán)的電池.