中國(guó)粉體網(wǎng)訊 4月16日下午，北京南四環(huán)一鋰電池儲(chǔ)能電站發(fā)生火災(zāi)和爆炸，導(dǎo)致數(shù)名消防員及工作人員傷亡，引發(fā)了社會(huì)對(duì)儲(chǔ)能電站安全問題的關(guān)注。
至今事故已經(jīng)發(fā)生十余天，引發(fā)爆炸的原因是什么，依舊牽動(dòng)業(yè)內(nèi)外人士的心。雖然國(guó)家電網(wǎng)直屬科研單位，中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司儲(chǔ)能與電工新技術(shù)研究所，發(fā)布了對(duì)該事故的分析報(bào)告，提出了可能引發(fā)爆炸的8個(gè)誘因，包括儲(chǔ)能電池安全質(zhì)量、電池管理系統(tǒng)和氣象環(huán)境因素等，但并未能給出具體原因定論。
我們先來了解一下涉及本次事故的“鋰電池儲(chǔ)能電站”是怎么回事。
據(jù)悉，本次涉事電站屬于“光儲(chǔ)充”一體電站，具有光伏發(fā)電、儲(chǔ)存電能、大功率充電三個(gè)作用。
（光儲(chǔ)充一體化電站）
這里面涉及到近幾年很火的“太陽(yáng)能電池”技術(shù)。它是利用半導(dǎo)體材料的光生伏特效應(yīng)制備出的將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，主要可分為晶體硅太陽(yáng)能電池、薄膜太陽(yáng)能電池和半導(dǎo)體化合物太陽(yáng)能電池，其中對(duì)半導(dǎo)體化合物太陽(yáng)能電池的研究中是以砷化鎵太陽(yáng)能電池（即GaAs太陽(yáng)電池）為主的。
衡量太陽(yáng)能電池性能的一個(gè)最重要的指標(biāo)就是其光電轉(zhuǎn)換效率，不同的半導(dǎo)體材料產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換效率可能相差較大。薄膜電池，它由一種薄層材料制作而成，該材料中P-N結(jié)能產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)。當(dāng)今對(duì)薄膜電池的研究熱點(diǎn)是硅基薄膜太陽(yáng)能電池，它的光電轉(zhuǎn)換效率約為10%~12%；晶體硅太陽(yáng)能電池中，單晶硅的制備技術(shù)最成熟，效率也最高，其效率可達(dá)23%。
相比于薄膜電池和晶體硅，GaAs太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率要高出許多，商業(yè)化量產(chǎn)制作出的GaAs電池的轉(zhuǎn)換效率約為34.5%，而在實(shí)驗(yàn)室里，其光電轉(zhuǎn)換效率更可高達(dá)50%，并且還可以通過光追蹤技術(shù)和聚光技術(shù)進(jìn)一步提高其效率。
由以上可知，太陽(yáng)能電池并不是一種電池，它只是一種將光能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，由于發(fā)電的波動(dòng)性很大，比如沒有太陽(yáng)的陰雨天時(shí)，光伏發(fā)電效率大幅降低，不能持續(xù)無間斷的供電，因此必須要建設(shè)配套的儲(chǔ)能設(shè)備，才能保證有源源不斷的穩(wěn)定電力供應(yīng)。
近年來，由于鋰電池能量密度很高，被廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能電池和動(dòng)力電池之中。但它的致命缺陷就是安全性不足。于是，從安全性角度來看，與太陽(yáng)能發(fā)電所配套的儲(chǔ)能鋰電的安全性能是整個(gè)儲(chǔ)能電樁的重要組成部分。
我們知道在鋰離子電池的五大主要組成部分正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液以及封裝材料中，隔膜的作用之一便是隔開電池正負(fù)極，避免正負(fù)極材料直接接觸，防止內(nèi)部短路，成為鋰離子電池工作體系的安全保障。
（鋰電池工作示意圖）
因此，因此除了應(yīng)具有機(jī)械隔離和電子絕緣的性能外，隔膜還應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：
(1)有一定的孔徑和孔隙率以保證鋰離子很好的透過性；
(2)有足夠的化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性；
(3)厚度無限小但兼顧良好的機(jī)械強(qiáng)度，包括穿刺強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度等；
(4)平整性和空間穩(wěn)定性好；
(5)熱穩(wěn)定性好，異常情況下自動(dòng)斷電。
在眾多隔膜中，陶瓷隔膜是最受期待的隔膜材料。其中高純氧化鋁體系隔膜與勃姆石隔膜是近幾年的研究熱點(diǎn)。
（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
氧化鋁隔膜特點(diǎn)
氧化鋁是一種高硬度的化合物，熔點(diǎn)為2054℃，沸點(diǎn)為2980℃，在高溫下可電離的離子晶體。氧化鋁作為一種無機(jī)物，具有很高的熱穩(wěn)定性及化學(xué)惰性，是電池隔膜陶瓷涂層的很好選擇。
優(yōu)點(diǎn)：
1、循環(huán)壽命長(zhǎng)。降低了循環(huán)過程中的機(jī)械微短路，有效提升循環(huán)壽命。
2、高倍率性。高純納米氧化鋁在鋰電池中可形成固溶體，提高倍率性和循環(huán)性能。
3、高純納米氧化鋁還具有非常優(yōu)良的導(dǎo)熱性能。電池溫度過高時(shí)，這種材料可以很好地進(jìn)行熱量傳導(dǎo)，從而解決了PP/PE材料導(dǎo)熱性差的問題。
4、良好浸潤(rùn)性。高純納米氧化鋁粉末具有良好的吸液及保液能力。
5、高純納米氧化鋁材料還具有優(yōu)良的阻燃性。這是因?yàn)檠趸X材料本身就是非常優(yōu)良的阻燃劑，即使因?yàn)闇囟冗^高，達(dá)到燃燒零界點(diǎn)，該材料的良好的阻燃性能會(huì)阻止大范圍的燃燒甚至爆炸。
6、電流過大時(shí)，能夠阻斷電流。隨著鋰離子電池容量的不斷提高，內(nèi)部蓄積的能量越來越大，內(nèi)部溫度會(huì)提高，有可能出現(xiàn)溫度過高使負(fù)極隔膜被融化而造成短路。
勃姆石隔膜特點(diǎn)
1，勃姆石的硬度低，在切割和涂覆過程中，對(duì)機(jī)械的磨損小，能夠降低設(shè)備磨損和異物帶入風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，在成本上相對(duì)于高純氧化鋁來說更低。
2、勃姆石具有耐熱溫度高，與有機(jī)物相容性好。
3、勃姆石比重小，同樣重量比高純氧化鋁多涂覆25%的面積。
4、涂覆平整度高、內(nèi)阻小。
5、低能耗、生產(chǎn)過程對(duì)環(huán)境更加友好。
6、勃姆石的吸水率僅是高純氧化鋁的一半。
7、勃姆石的制備更為簡(jiǎn)單，不像高純氧化鋁那樣要經(jīng)歷煅燒、粉碎、分級(jí)等一系列復(fù)雜過程。
8、勃姆石材料的更換對(duì)隔膜企業(yè)和電池企業(yè)沒有設(shè)備及工藝更換的門檻，且對(duì)隔膜企業(yè)設(shè)備的損傷較小，隔膜企業(yè)也傾向于配合電池企業(yè)加快勃姆石材料驗(yàn)證及產(chǎn)品驗(yàn)證。
由此可見，陶瓷隔膜在鋰電池安全性能與應(yīng)用性能方面有非常大優(yōu)勢(shì)。盡管鋰電池的發(fā)展方向是固態(tài)電池，彼時(shí)鋰電池隔膜便不再被需要，但據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì)，要想實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池，還得至少十年的時(shí)間。在安全事故不斷，固態(tài)電池技術(shù)又極不成熟的情況下，通過加強(qiáng)對(duì)陶瓷隔膜的研究來改善鋰電池的安全性還是非常有必要的。
參考來源：
[1]李定海.中國(guó)砷化鎵太陽(yáng)能電池的發(fā)展研究
[2]夏清華.鋰離子電池新型隔膜技術(shù)及市場(chǎng)
[3]北京儲(chǔ)能電站爆炸結(jié)果：8個(gè)誘因，暫無定論.新能源ceo驛站
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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