孙亚飞，《元素与人类文明》《原子王国历险记》作者 半年多没正经写科普回答，科学技术板块真是越发堕落了，多简单的问题愣是没人说得清，惋惜。 利益相关：目前参与锂电项目，具体方向涉密，就不用过多猜测了。 一条一条来吧。 1、对电池来说，是否安全最重要？ 是的，没有安全性，各种功能都是水中望月。实际上，锂电池能够开始实用化，也是因为安全性达到了公众可以接受的程度。 对于现在的电池产品，“锂电池”并不是很正确的称呼，这在 2019 年诺贝尔化学奖颁奖的时候，我就多次解释过。我们现在常用的“锂电池”实际上是“锂离子电池”，而真正的锂电池，目前只在一些特殊场合会使用。两者的区别，从原理来说还是相差比较大，锂离子电池本质上是锂离子从高浓度流向低浓度环境，从而形成电流，这种类型的电池属于浓差电池，而锂电池则是以金属锂作为负极，发生氧化还原反应之后形成电流，与一般的锌锰干电池原理相同。 锂电池的能量密度远超锂离子电池，只是循环次数偏低。但是，生活中几乎只见锂离子电池而不见锂电池，最核心的原因就是，锂电池很不安全，因为金属锂遇水、遇氧都可能会发生反应，然后发热，最后引起爆炸。可能公众觉得，锂离子电池也不安全啊，隔三差五地炸，但如果我们用的是真正意义的锂电池，现在这点事故根本不够看的。 也正是因为安全性差，现在即便是为特殊用途开发锂电池，成本也大得惊人。前两周刚刚在一家工厂里调研，为了设计一款特种锂电，工厂需要除湿器全开，每天的电费近三万块。即便如此，良品率还是很低，每天也就生产几千只小电芯而已，每瓦时的生产成本高达 20 元左右。作为对比，常规锂离子电池的生产成本不超过 1 块钱。 所以，安全就是命，命都没了，钱也就赚不着了，为了安全，付出的代价也是惊人的。锂离子电池能够广泛使用，是因为它的安全性问题虽然存在，但威胁不到它的巨大价值。 2、铅酸电池安不安全？ 如果按锂离子电池的标准来说，安全。比如，很多锂离子电池不能过穿刺，一针扎下去，电池就爆了，但铅酸就没这个问题。 这是因为，锂离子电池里面通常装的是可燃的电解液，准确的说，是导电盐和可燃性的溶剂，这些溶剂包括碳酸酯类、醚类、酯类等等。一旦电池被扎透，正负极直接相连，也就是出现了短路，那么电池快速放电，溶剂就会被点燃，最后可能引起爆炸。这其中的细节原理不是一两句话说得清的，如果想了解细节，建议从电池的基础结构学起，我这里再贴个图，是近期锂电池安全会议上清华大学王莉老师的课件。 铅酸电池当然没这个问题，它的电解液是硫酸，具体原理中学都学过。所以，要说它针刺安全，说得通，但要是真的用针扎铅酸电池，我们会觉得它安全吗？ 显然也不会，硫酸漏液能是什么安全的事吗？更何况，在正常使用过程中，铅酸电池是会释放含硫气体的，总有一部分硫酸会被还原成二氧化硫，这也是有毒的。在陆地上没什么关系，可是想想看，在水下舰艇中，这些有毒气体释放不出去，结果会怎样？ 所以，铅酸电池是否安全，完全是用锂离子电池的语境在说，但它的安全性并没有想象中高。 举个不太恰当的例子，对于“姚明会打球”这个命题，我们认为成立，是因为我们默认这是在篮球领域里这么说，可要是姚明哪天找那个不会打球的刘胖子玩，刘胖子带他参观国乒训练场，一个十七八岁的小将，穿着印有“中国”的运动 T 恤对着姚大个子下战书：“听说姚主席很会打球？”你猜姚明会怎么说？ 所以，安全性并不只是一个维度，锂离子电池被戳破了会爆炸，铅酸电池被戳破了有腐蚀性，这都是不安全因素，只是爆炸给人视觉上的冲击力更大一些罢了。 3、锂离子电池能不能做到安全？ 可以。 现在的锂离子电池通常会加入阻燃剂，防止电解液因为短路等原因而燃烧，在一定程度上解决了安全性问题。 当然，还有更直接的，用固态电解质，彻底实现不可燃烧不会爆炸。 上个图吧，我们最近的一次电池在第三方检测机构进行的穿刺测试。 可以看到，满电电池在针刺以后，一点反应都没有。 出于敏感行业保密的要求，我不能展示更多的资料，但实际上这电池也通过了跌落、挤压等测试，但它还不是最安全的，还有一款扔在烤炉里都没事，这就可以想见它们可以用在哪些用途了。 现在的问题是，为啥我们印象中的锂离子电池非常不安全，容易爆炸？ 此前几年手机和汽车的起火爆炸事件，的确让人记忆深刻，甚至业内人士都知道一些储能电站的事故，但是真正推波助澜的，还得说是电动自行车。 就在这两天，杭州的一起电动自行车悲剧，贴一个链接： 一声巨响！杭州一电动车行驶中突然起火，父女瞬间被火团包围！10 秒钟后，一群人冲了过来..._腾讯新闻 这起事故非常惨烈，比成都电梯里发生的那一起还要惨。 如果论事故率，电动自行车要远高于手机和新能源汽车，而且手机和汽车大多是充电时起火，人未必在现场，但是电动自行车却经常是在使用过程中突然起火。 这其中的原因，很大程度是因为成本压缩导致。以杭州这起事故为例，电动自行车的电池更换过，价格仅为 500 元。一般电动自行车用的电池是 48 伏 20 安时，能量是 960 瓦时，也就是将近 1 度电。正规企业锂离子电池的生产成本，大约每瓦时能压缩到 0.5 元，所以这样一个电池，正规厂家生产的话，光电芯的成本最低就得 500 块了，再算上电池管理系统、外壳、导线以及销售费用和利润等，能控制在 1000 元就非常低了，实际得卖到 1500 元左右才正常。那么，500 元的电池会是怎么个来历？ 这里本来还想说点细节，不过想想这可能会教唆不法之徒找到生财之道，还是算了。灰色产业链么，脑补就好了。 4、既然锂离子电池是因为极端控制成本导致容易爆炸，为什么不用更便宜的铅酸电池替代？ 好了，说到问题的核心了。 很多人都不理解：既然锂离子电池太贵，有些人偷工减料导致容易起火，那干脆还用铅酸电池不好吗？ 也不是不可以，但消费者不买单。 电动自行车的新国标的确也是一个因素，但是需要注意的是，新国标和老国标对比，电动自行车的重量要求从不高于 40 公斤提高到了不高于 55 公斤，可以说是大幅度放宽了要求。以上面说到的 960 瓦时电池为例，用铅酸电池制造，重量差不多要 20 公斤，的确很重，而锂离子电池的重量大约是 8 公斤。如果锂离子电池原来能够做到整车 40 公斤的话，铅酸电池也不难做到 55 公斤，这不是技术问题。 问题在于，有人愿意自己的车上成天带着一只重达 20 公斤的电池来回跑吗？骑起来很笨重不说，如果需要拆下来充电，那可真就是体力活儿了。 所以，至少在电动自行车领域，铅酸电池是被市场淘汰下来的，便宜的优势抵不过轻量化的实际需求。 至于在汽车领域，铅酸电池早在一百多年前就被证明不适合用来做电动汽车了。爱迪生造电动汽车的时候，用的还是铁镍电池，当时的续航超过 200 公里，比得上现在一些不思进取的电动汽车厂商了，就这还被汽油车摁在地上摩擦了一百多年，铅酸电池何德何能？ 实际上，就连现在最不怕重量问题的一些场景都在考虑更换锂离子电池。比如水下舰艇，本身就要增加配重，铅酸电池用着还挺合适。但是现在，舰艇的功能越来越多，铅酸电池也成了累赘，锂离子电池也开始被重视起来了。 最后还是总结一句吧。锂离子电池的安全性没有想象中那么低，铅酸电池也没有想象中那么高。锂离子电池的不安全，一方面是技术问题，这是可以改良的，另一方面是成本控制问题，这取决于人性。锂离子电池对铅酸电池的换代，主要是市场行为。
