目前最安全的動力電池材料是什麼？

磷酸鐵鋰鉛電池? 鋰離子電池? 鎳氫電池? 還是其它的?

越安全,是不是其他方面就略有劣勢?

有幸看到知乎有問鋰電池安全問題的朋友，因為本人本身在鋰電行業從科研到工作已經將近10年時間，因此斗膽出來提出自己對鋰電池尤其是動力電池安全問題的理解，不足之處還請大家多多指正。

首先，這個問題問得很寬泛，給我的第一印象是不好回答，問題沒有細緻化，動力鋰電池材料包含正負極、電解液、隔離膜以及像集流體之類的輔料，這裡並沒有具體指到材料是哪部分的材料，而電芯設計中以上提到的每個部分都能決定電芯的安全性能。換個角度講，最出名的手機電池行業中的三星爆炸門，雖然目前真正原因沒人知道（即使三星把鍋扔得乾乾淨淨，又有誰知道真正引起安全事故那最後一根稻草，因為官方曝光的也未必是事實，凡是扯到公眾視野的都關係著這之後一大群群體的利益鏈，因此真正的原因很難為大眾所知），但可以肯定的一點是，電芯的安全性能並不是有某一種材料能決定，而是一個複雜的系統和各種連鎖反應。因此，我覺得在這裡有必要從根本上回答這個問題，即電芯為什麼不安全，到底是什麼樣的原因導致一個鋰電池最後燃燒甚至爆炸，然後我們再從中可以拿具體材料的例子進行比較，在某個特定的環節中，哪些材料會具有更可靠的安全性能。這是我解答提問者這個問題的總體思路。

其次，我們可以知道，電池的失控失效過程實際上是個複雜的連鎖反應，我們專業術語稱之為熱失控（Thermal runaway），這個很好理解，英語描述其實更加貼切，熱亂竄…就是說，電池內部產生了熱量，但是呢，這些熱量沒有及時散去或被吸收，而是太多了，到處亂竄，然後呢像房間里的老鼠一樣，一兩個你還好控制，抓一抓或毒死就好了，多到了一定程度，有幾個老鼠跑到房間的冰箱里把菜偷吃了，跑到柜子里把衣服磨破了，跑到其他傢具里把木質傢具磨壞了…結局就是，熱量太多，影響到了電芯的其他部位的正常工作，最後各個部位都出現異常，放出了更多的熱量，最後的最後，熱量實在太高，電池就直接燒了或者甚至爆了。

然後，我們知道了這個複雜的過程，我們就需要來一步步看這個過程中到底是哪些部位會對熱量敏感，會參與這個熱失控的鏈反應。首當其衝的是我們電芯失控的罪魁禍首——內短路，可以這麼講，九成以上的電池安全事故都跟內短路有關係。內短路以後呢，我們知道短路以後電阻會很小，這個過程導致電流特別大，於是短路電路周圍就出現了強烈的發熱效應，可以理解為電磁爐加熱，大電流煮電池的過程。這個溫度上升其實也不至於完全毀掉電池，但是局部溫升會導致下一個失控發生，那就是負極的SEI膜分解，這個SEI就是負極表面的一層保護膜，它的分解相當於打開了一個反應通道，使得電解液和負極的反應瞬間觸發，熱量又不停地產生。

說到這裡呢，我們就可以插入負極材料的安全性能對比了，因為不同材料形成SEI膜的穩定性不一樣，比如現在電池中用的石墨和還沒有市場化的硅負極比，安全性能就不一樣，石墨要優，主要原因是硅負極在充放電過程中的膨脹問題要比石墨嚴重，形成的SEI膜在膨脹應力作用下更容易遭到破壞。

好了，再回到熱失控的鏈反應中，負極的反應觸發以後，大量的熱使得這個時候的溫度在100-150℃，電解液開始副反應，發生各種產氣反應而分解，同時還產生大量的熱。。。這個過程，我們又可以說，不同的電解液會有完全不同的安全性能，因此行業中經常會添加一些阻燃劑來延緩這個過程的發生或者抑制這一步發生從而緩解電池熱失控。

到了這個地步，電池的局部溫度已經到達了200℃左右，基本上電池已經毀了，但是不至於燃燒爆炸，這個時候呢，這個正極材料就要來火上澆油了，正極材料一般在這個階段失效，大量釋氧，結構坍塌，大量的氣體已經可以直接引爆電池了。不過呢，這一步往往是人們討論最多的安全材料部分。為什麼呢，因為現行的鋰電池除了正極材料會有一些選項，其他部分基本就是定下來的材料，沒有太大的區別，因此才會有很多人認為動力電芯正極材料磷酸鐵鋰和三元材料的安全性能對比直接等同於電芯的安全性能。這其實是個誤區，電芯安全問題像我之前提到的任何一個環節都可能有很大重要，並非一種材料可以決定整體的安全性能。不過呢，在熱失控的這一步，我們就可以拿這兩個最火的正極材料做個對比了，答案我想大部分人都清楚，就是磷酸鐵鋰比三元材料要安全，磷酸鐵鋰的熱穩定性較三元材料要好，最直接的證據可以來自用兩種材料設計的電芯的熱箱數據，熱失控的熱箱溫度磷酸鐵鋰比三元材料要高，同時失效狀態中三元材料造成的溫升也會更嚴重，穿釘實驗中，磷酸鐵鋰可以只冒煙，三元材料做的電芯卻經常起火爆炸。

講到這裡呢，電池基本廢了……是不是再也不敢買電動車了……也並非這麼恐怖，行業內安全做得較好的企業也有，特斯拉雖然鮮有事故，被各種報道，但他已經是非常良心的電動車企了，安全工作完全沒有少做，特斯拉的思路是用物理工程結構來提高電芯和電池包的安全性能；而和它對比的是國內的CATL，作為全球前三的動力電池生產商，主要解決安全的思路是從根本出發，對材料體系進行改進，讓每一個電芯本身就是安全的，來徹底地提高電芯安全性能。可以說是我更喜歡後者…因為即使你蓋了個鋼殼在外面，裡面不安全心裡還是不妥啊，是吧…

整個的安全性能分析也大概有了個線索，各材料的安全性能對比也有了一些參考，有沒有解答樓主的疑問呢我就不清楚了，希望有所幫助。