锂离子电池安全难题或有新解

随着人类对能源的消耗日益增加，环境污染与能源短缺危机也愈演愈烈，发展清洁可再生能源对人类社会可持续发展有着越来越重要的意义。充分利用可再生能源、大力发展电动汽车产业，已被列入我国新兴产业创新驱动发展的国家战略。

近日，国务院发布的《新能源汽车产业发展规划（2021―2035年）》指出，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措。其实，不少地方政府一直在积极支持和推动新能源汽车产业的发展，新能源汽车及储能产业已经成为当地国民经济重要的支柱性、基础性产业。但是，可再生能源与电力需求在时间和空间上存在不匹配的问题，大部分可再生能源，需要先被转化为其他可存储形式的能源再进行利用。

在新能源研究过程中，日本索尼公司发明的第一个商业化锂离子电池，打开了可充电研究领域的大门，经过不断更新，具有能量密度高、循环寿命长、轻巧便携等多种优点的锂离子电池，迅速出现在人们日常生活和工业生产的方方面面，极大地促进了长续程电动汽车的开发，并为存储未来可再生能源提供了无限可能。2019年10月9日，诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展作出卓越贡献的三位科学家，进一步肯定了锂离子电池的时代价值。

随着能量密度的提高，不断被报道的锂电池起火爆炸事故也为人们敲响了警钟。锂离子电池安全问题来源于内部易燃电池组分和外部滥用条件等多种原因，要从根本上消除锂离子电池的火灾安全隐患，仍需提高内部电池材料的安全性。

目前大量研究表明，作为内部电池材料之一的已被广泛商用的液态电解质，参与了锂离子电池热失控过程的大部分反应，因此传统的液态电解质动力电池无法满足国家需求。基于这一情况，固态电解质进入人们的视线。

固态电解质是指在固体状态时就具有与熔融盐或液体电解质相近的离子电导率的材料。首先，固态电解质的材料一般燃点很高，甚至不可燃，自身的安全性可以得到保证；其次，固态不流动的特性使得电池不会出现漏液现象，从而简化了电池的结构设计；另外，固态电解质拥有良好的机械性能, 具有抑制金属锂在应用时的缺陷——锂枝晶的形成；还有，固态电解质可能比液态电解质具有更宽的电化学窗口, 有利于提高电池的工作电压；特别是某些固态电解质在常温下的表现，超过液态电解质，甚至固态电解质还可以支持电池在更宽的温度范围内工作。因此, 开发固态电解质有望在提高电池性能的基础上解决安全问题。

尽管固态电解质在实际中还没有被广泛应用，但近年来固态电解质在研究上已经取得了很多突破，这也是近十年来电解质研究领域的热点。总之，液态电解质容易泄露造成的安全隐患一直是储能器件至关重要的问题，并且液态电解质电池的能量密度已接近极限，随着社会大众对能源使用量的不断增长，传统的液态电解质动力电池无法满足能源发展的需求。固态电解质储能体系具有高能量密度和高安全性能，是研究下一代锂离子电池的革命性技术，已成为产业界和科学界的共识，因此研究和开发新型固态电解质，符合我国能源战略需求。

（作者系齐鲁工业大学化学与化工学院教授）