想让锂离子电池增“量”不增“危”，还要攻克很多难题。然而，近多起纯电动汽车自燃事件，也让公众对其安全性产生质疑。作为二次电池“王者”的锂离子电池，为何频频“王炸”?中国科学院物理研究所研究员说，“电池从设计、生产到装车、运行、报废，任何环节出现问题都可能引起新能源汽车起火爆炸。”

不过，要想让锂离子电池增“量”不增“危”，未来还有很多难题需要攻克。

能量密度增加为何难?

续航里程是新能源汽车之间较量的关键“砝码”，然而增加锂电池能量密度并非易事。电池除了提供能量的正极和负极材料，还包含保证电池工作所需要的电解液、隔膜、集流体、外壳，而电池包外壳和散热管等其他组件部分并不提供能量，因此电池的实际能量密度还需要乘以活性物质的占比。在他看来，提高锂电池能量密度主要有两种途径。

一是提高电池的工作电压，包括降低负极的电位和提高正极的电位。研究证明，通过Ti/Mg/Al三元素痕量共掺杂，可以显著提升钴酸锂材料在4.6V高电压下的循环稳定性。

二是提高电池材料的比容量，例如负极从石墨到硅碳负极再到未来的含锂负极，正极从较低容量的磷酸铁锂迈向高镍层状正极材料，均旨在得到更高的电池比容量。此外，还可以通过降低电池内部非活性物质的占比来提高锂电池能量密度。

然而，在他看来，“动力电池技术发展至今，以上两种思路的技术发展均已深入到一定程度，对于现有的体系，进一步提高正极材料的电压和容量还面临着愈发严重的安全问题”。

电池安全为何失控?

电池单体发热、起火，甚至爆炸分为内因和外因。从内因来看，可能是由电池设计和制造引起的自身缺陷，如极片边缘错位、隔膜存在瑕疵、涂布时极片上混入灰尘杂质等造成。从外因来看，可能是由机械滥用、电滥用和热滥用造成。

此外，电池发生热失控的现象也分为内部反应和外部反应。对于电池内部反应，当电池温度达到大约70摄氏度时，电池内部的放热反应会使自身温度持续升高，如果在电池自放热的早期没有使其冷却，那么电池自身温度将会一直升高直至临界条件，进而发生热失控。

对于电池热失控的外部反应，当电池内部温度超过电解液溶剂的沸点时，会导致电解液的喷发，而喷射至外部的电解液极易燃烧，对于采用双溶剂的电池，会出现二次喷发的过程，即产生电池火焰熄灭后的“复燃”现象。

值得注意的是，电池热失控、燃烧、爆炸是逐步递进的，电池内部自放热的反应可直接发生热失控，但并不一定导致燃烧，燃烧由于外部的氧气参与。而爆炸则是需要在密闭的空间内短时间产生大量气体，其发生条件比燃烧更为苛刻。一般而言，电芯通过气阀的设计能够将电池热失控产生的气体有效排除，避免发生爆炸。

未来瓶颈如何破?

实际上，锂离子电池的性能指标包括质量能量密度、体积能量密度、循环性、充放电速率、高低温适应性、安全性等多种指标。未来锂离子电池的发展还需要在多方面“深耕”。从基础科学角度，需要对电池内的材料结构演化行为、体积与应力变化等机械行为、离子与电子的输运行为、电池组分与材料之间的热稳定性和热行为、内部界面的化学电化学反应有更深层次的理解，需要多尺度、跨学科的交叉合作。从技术研发角度，需要平衡现有体系的能量密度、安全性和寿命等多重指标，采用精准掺杂与包覆、预锂化、电解液添加剂等技术提高电池的综合性能，加强系统层级的结构创新。从工业制造角度，保证电芯高度一致性是电池组安全的重要前提，企业要逐渐引入智能制造、数字化工厂等技术，让电池制造达到更高的标准。

科研工作者需要更深入地理解工业界对电池的要求，在测试过程中，尽量使测试样品的准备和测试条件接近工业产品，从而提高研究成果的实用化价值。