北京一电动汽车电池爆炸，锂离子电池=定时炸弹？
10月27日晚，网友发博爆料称海淀区北四环力学所内一辆电动汽车突然发生起火爆炸事故，据现场人员描述，场面浓烟滚滚，惊心动魄。
来源丨微博截图 @小鱼锂电
28日，该电动车品牌官方发布声明称由于电芯供应商在生产过程中混入了杂质，导致动力电池产生异常析锂，极端情况下可导致电芯短路，引发动力电池热失控并产生起火风险，存在安全隐患，因此召回了相关批次的电动车。
近些年来，锂离子电池爆炸事故时有发生，充电爆炸、高温爆炸、遇水爆炸……人们对锂离子电池的安全隐患问题产生担忧，“锂离子电池”究竟为何有着如此大的“爆”脾气呢？
锂离子电池 来源丨pixabay
1
相信大家对锂离子电池都不会陌生，手机、电脑、电动自行车、电动汽车都是靠锂离子电池提供能量。可以说，锂离子电池在生活中随处可见。
生活中常用的锂离子电池是由四部分构成：正极、负极、隔膜、电解液。充电时，锂离子携带着电荷从正极中出来，经过电解液，穿过隔膜到达负极，放电时则相反。锂离子就像一辆汽车，载着电荷，不断地在两极间往返，以完成充放电的任务。而隔膜则起到阻隔正负极，防止短路发生的作用。
锂离子电池原理图
来源丨锂离子电池火灾爆炸原因分析与控制措施研究[D].华南理工大学，2016.
锂离子电池凭借能量密度高、输出电压高、寿命长等多个优点受到人们的喜爱。
但种种优势也无法遮盖锂离子电池在某些情况下易失控甚至爆炸的弊端。锂离子电池中的电解液含有加压环境下易燃的有机溶剂，如碳酸酯类化合物（碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯等），它们自带易燃属性，在特定环境下将成为爆炸的隐性因素。
锂离子电池构造 来源丨腾讯
此外，人们为了追求能量密度、经济效益和便携度，防止短路的隔膜被改造的越来越薄，目前主流的锂离子电池隔膜厚度仅有20微米，甚至更薄。两片隔膜叠起来，也只接近一根头发丝的直径。隔膜厚度降低时，其机械强度将减弱，容易遭到破坏，破损后会导致电池短路，从而引发爆炸。
对于电池本身，还有一个隐患可以说是与生俱来的，那就是“枝晶”的产生。“枝晶”，指晶体在偏离平衡状态下容易呈枝蔓状生长，从而形成树枝状晶体。在自然界中，雪花就是一种枝晶。
枝晶生长是铜、镍、锌等金属在电镀过程中常见的电沉积现象。锂离子电池在使用过程中，锂离子还原时也会形成的树枝状的金属锂单质，依附在电极的表面，形成一些“小毛刺”。这些“小毛刺”会不断沉淀生长，最终就会刺穿隔膜，造成短路。因此，锂电池自身就暗藏着安全隐患。
锂枝晶微观图片
来源丨Chemical Society Reviews 42.23 (2013): 9011-9034.
锂离子电池发生火灾的原因主要包括过充、短路、受热等。
短路和受热不必过多解释，较易理解。而“过充”，顾名思义，就是“过度地充电”，即使正极材料产生过多的锂离子，这将导致正极材料结构被破坏而析氧，伴随高温就可能导致燃烧。
而生活中当使用非原装充电器，或在充电器运行不正常的情况下，对电池进行充电都可能导致过充。
锂离子电池产品爆炸 来源丨网易
一般来说，电池在使用过程需搭载“电源管理系统”，在电池温度升高该系统就会终止当前的充电状态，可一旦这种保护机制失效，电池将变得不可控，充电或放电过程中都伴随着放热，电解液中有机溶剂高温作用下发生不可逆的放热化学反应。如多米诺骨牌一般，这一系列反应终会导致锂离子电池内部温度升高，内压加大，进而发生火灾爆炸。
2
锂离子电池自身构造上就存在这么多隐患，难道就没有改进之法吗？
在提升锂离子电池安全性方面，科学家们通过研究，提出了在材料层面缓解电池热失控的几种策略，可分为三个方面：液态电解液改性、隔膜材料改性和固态电解质的应用。
对于液态电解质的改进，添加阻燃剂是降低电解质可燃性最简便的方法。发表在《物理化学学报》上的《金属锂离子电池的热失控与安全性研究进展》一文中，就对含磷阻燃剂进行研究，提出提高溶质锂盐的浓度，从而来提高磷基电解质与锂金属的适配性，探索开发安全电解质系统的新途径。
除此之外，离子液体（Ionic liquids）因具有优异的传导能力、电化学稳定性和热稳定性，可燃性极低等特点，成为了改善电解质材料的理想选择。《化工学报》中的一篇文章《离子液体作为电解液添加剂用于高压锂离子电池》指出离子液体在电解液中的添加不仅可以提高电解液与电极材料的兼容性, 且对电极材料起一定的保护作用, 为电池的循环提供了稳定的内部环境。
在隔膜的改进上，用陶瓷无机物颗粒或者高熔点聚合物制作耐热涂层，是提高隔膜热稳定性的常见做法。除此，还可以在隔膜上使用阻燃剂，提高隔膜的安全性和稳定性。
固体电解质的使用也是眼下较热门的技术，由于液态电解液中所含有的有机溶剂本身易燃，而固态电解质一般在高温下煅烧而成，具备不可燃性。因此用固态电解质完全替代液态电解液将有希望“根治”该问题。这值得引起国内外高校和科研机构的注意。
方形锂离子电池 来源丨pixabay
而在生活中，一旦发生电池爆炸或自燃，一定不要慌张。应及时切断供电电源，有条件的情况下使用沙子灭火，而电动汽车着火时常用“水”灭火是因为浇水可以使车和电池降温，避免内部热失控反应进一步蔓延。电池自燃后会释放有毒气体，事故现场要及时通风，保证人身安全。
我们也要提高自身安全意识，使用正规、原装充电器，不混充、不过充，避免手机、电脑过热，电动车、汽车等及时保养检修，不购买使用伪劣产品等做法也都可以有效提高锂离子电池产品的使用安全性，降低爆炸发生的可能。
点击图片查看：羽绒枕、记忆枕、荞麦枕、乳胶枕、保健枕......都是啥？怎么选？
点击图片查看：如果穿越回古代你能吃到番茄炒蛋吗？它是啥时候成为国民菜的？
点击图片查看：天线里烦人的噪音竟是创世的第一缕光？｜小球大世界
温馨提醒
请关注北京科学中心官网（www.bjsc.net.cn）、微信公众号（数字北京科学中心）了解最新动态信息。
想成为北京科学中心志愿者吗？点击“报名”即可了解详情，并参与报名~