還記得上兩周前，火熱朋友圈的電動(dòng)車充電爆炸小視頻嗎？

而鋰離子電池（Lithium-ionbattery）則是一種充電電池。鋰離子電池通常會(huì)使用一個(gè)嵌入的鋰化合物作為電極材料，并主要依靠鋰離子在正負(fù)極之間的移動(dòng)來(lái)工作——相比于傳統(tǒng)的水溶液二次電池來(lái)說(shuō)，鋰離子電池具有比能量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)和對(duì)環(huán)境友好的顯著優(yōu)點(diǎn)，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ碾姵伢w系，因而在筆記本電腦上也得到了廣泛的應(yīng)用——鋰離子電池是便攜式電子設(shè)備中最常使用的二次電池類型之一，而且在特種領(lǐng)域、純電動(dòng)汽車和特種航天領(lǐng)域，也都有它的出現(xiàn)。

然而，高比能量的特點(diǎn)既給鋰離子電池帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)，也同時(shí)帶來(lái)了高危風(fēng)險(xiǎn)——由于采用的是非水電解液體系，因而鋰離子電池其實(shí)是很容易發(fā)生發(fā)生不可逆的氧化分解，或者與高活性的正極材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的，這些都是很容易導(dǎo)致電池爆炸和燃燒，造成危險(xiǎn)事故的——因而，安全問(wèn)題也一直是鋰離子電池應(yīng)用當(dāng)中的重要課題。

今年6月的時(shí)候，馬來(lái)西亞搖籃基金私人有限公司的CEO納茲林先生就因午休時(shí)在床邊充電而喪命——過(guò)熱爆炸的鋰離子電池引發(fā)了火災(zāi)，而納茲林先生也因頭部被嚴(yán)重炸傷，最終身亡。

那么，一般導(dǎo)致鋰離子電池產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)的，都有哪些因素，廠商又是如何保障電池安全的呢？

影響鋰離子電池安全的因素

一般情況下，除了要滿足容量、內(nèi)阻和高低溫充放電性能的要求外，鋰離子電池也是需要通過(guò)各種安全性能測(cè)試的。不過(guò)，由于制造技術(shù)和運(yùn)作方式等原因，它仍然會(huì)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)——導(dǎo)致鋰離子電池爆炸的，往往是過(guò)充電、短路、熱沖擊和機(jī)械沖擊等因素。

針刺、短路和擠壓對(duì)電池安全性的影響

當(dāng)電池發(fā)生外部短路或受到針刺和擠壓時(shí)，常常會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部隔膜的破裂，從而造成大量的電流在極短的時(shí)間內(nèi)從電池的內(nèi)部流過(guò)，并直接導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度的急劇升高，從而在很短的時(shí)間內(nèi)引發(fā)一系列的劇烈反應(yīng)——對(duì)于安全性能較差的電池，這個(gè)過(guò)程甚至?xí)?shù)秒內(nèi)完成，并以“殉爆”收?qǐng)觥Ｓ捎阡囯x子電池比能量很高，像2200mAh的筆記本電腦電池，單只能量可達(dá)30KJ左右，一旦發(fā)生短路，電池封口處的鋁制防爆閥往往會(huì)被熔化，從而造成用戶的財(cái)產(chǎn)損失。

熱沖擊對(duì)電池安全的影響

此外，當(dāng)電池受到熱沖擊時(shí)，如果熱沖擊的溫度較高，也同樣會(huì)引發(fā)“熱失控”的危險(xiǎn)。這種情況通常會(huì)導(dǎo)致電池負(fù)極表面SEI膜發(fā)生分解，并使高度嵌鋰的負(fù)極材料與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)——如果電池散熱速率較慢的話，就很容易導(dǎo)致電池內(nèi)部的溫度進(jìn)一步升高、熔化隔膜、發(fā)生短路——并最終引發(fā)爆炸等危險(xiǎn)事故。

過(guò)充電對(duì)電池安全的影響

而日常生活當(dāng)中，我們可能接觸到的電池爆炸情況，就屬過(guò)充電對(duì)電池造成的情況了。當(dāng)電池發(fā)生過(guò)充時(shí)，電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電能就很容易轉(zhuǎn)變成熱能，并導(dǎo)致電池溫度的迅速升高。同以上兩種情況一樣，如果過(guò)充時(shí)電池的散熱能力較好，就不易引發(fā)危險(xiǎn)——電池散熱能力較差、高倍率充電往往是這類情況的元兇，這種情況下，過(guò)渡金屬氧化物正極材料由于嚴(yán)重脫鋰、化學(xué)活性顯著增加，往往會(huì)導(dǎo)致比單純的熱沖擊更嚴(yán)重的安全問(wèn)題。

生產(chǎn)商會(huì)采取的安全性措施

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于生產(chǎn)廠商而言，安全性問(wèn)題自然是能在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就解決自然是最好的——因而，對(duì)于以上幾個(gè)可能導(dǎo)致電池爆炸的因素，自然也是有相應(yīng)的，設(shè)計(jì)層面的杜絕方法的，之后，通過(guò)安全監(jiān)測(cè)合格的電池，才會(huì)流入市場(chǎng)之中——由于鋰離子電池存在較多的安全隱患，因而，電池在設(shè)計(jì)時(shí)就必須采用一些特殊的措施以確保安全，目前采用較多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是采用可熱封閉的隔膜、串聯(lián)正溫度系數(shù)電阻以及采用防爆蓋帽。

熱封閉隔膜

當(dāng)電池由于針刺或擠壓等造成很大的電流通過(guò)電池，造成電池溫度上升時(shí)，電池內(nèi)部的多孔隔膜就會(huì)迅速軟化——由于電池卷芯較緊，受到擠壓的隔膜就會(huì)因其多孔結(jié)構(gòu)的相互粘連，而形成一種幾乎完全封閉的結(jié)構(gòu)，從而停止離子的傳輸并終止化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到電流被迅速切斷的目的——安全性能達(dá)標(biāo)的電池，往往會(huì)在這個(gè)環(huán)節(jié)就阻止溫度的進(jìn)一步上升，并使電池不再發(fā)生危險(xiǎn)。

而并不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品，就有可能在這一步因?yàn)楦裟ぴ谏郎貢r(shí)沒(méi)有形成較好的封閉結(jié)構(gòu)，或者受力不均勻引發(fā)的收縮變形，從而造成電池的內(nèi)部由于短路而發(fā)生危險(xiǎn)。

正溫度系數(shù)電阻（PTC）

另外，利用電阻升溫阻值升高的原理所設(shè)計(jì)的保險(xiǎn)措施，也同樣十分有效——當(dāng)電池發(fā)生過(guò)充或者外部短路時(shí)，大量的電流會(huì)使電池所串聯(lián)的正溫度系數(shù)電阻升溫，從而導(dǎo)致電阻發(fā)熱、升高阻值，并因此降低流過(guò)電池的電流，以保障電池的安全——其設(shè)計(jì)思路和電路當(dāng)中的保險(xiǎn)絲概念類似，也同樣是比較靠譜的做法。

安全閥

除了以上兩種比較常規(guī)的解決辦法外，還有一種腦洞大開(kāi)的安全措施也同樣是現(xiàn)今廠商所樂(lè)于使用的。電池過(guò)充后，受熱后電解液汽化和電解液分解產(chǎn)生氣體，都有可能造成電池內(nèi)部氣壓的驟然增加，從而導(dǎo)致電池的爆炸——防爆閥或防爆膜正是為此而設(shè)計(jì)的，它們會(huì)及時(shí)破裂，釋放電池的內(nèi)壓，從而保障用戶的財(cái)產(chǎn)和人身安全（另外，圓柱型電池正極蓋帽中的防爆閥在變形的同時(shí)還可能會(huì)切斷與電極片的連接，從而防止電池發(fā)生危險(xiǎn)）。

提高電池安全的化學(xué)方法

此外，可聚合的添加劑、電壓敏感隔膜、氧化還原電對(duì)、阻燃添加劑等化學(xué)方法也同樣是廠商所經(jīng)常采用的安全措施。

安全責(zé)任重于天

因而，鋰離子電池的安全問(wèn)題也應(yīng)該一直是廠商和政府重視的課題之一——今年七月份的時(shí)候，因部分筆記本電腦的電池存在安全隱患，市場(chǎng)監(jiān)管總局就要求戴爾和三星召回一批有問(wèn)題的筆記本電池——根據(jù)公布的情況來(lái)看，三星將召回部分2012年12月至2013年7月期間制造的三星筆記本電腦配備的電池，中國(guó)大陸地區(qū)受影響的電池?cái)?shù)量為9066個(gè)，而戴爾則將召回部分2012年11月到2014年4月期間制造的戴爾筆記本電腦電池（包括Dell911MD和Dell4YRJH兩種型號(hào)的電池），中國(guó)大陸地區(qū)受影響的電池?cái)?shù)量為28268個(gè)。

這次召回事件牽涉的型號(hào)之多，數(shù)量之大，也正說(shuō)明了鋰離子電池安全問(wèn)題所受到的重視——事實(shí)上，一些專業(yè)論文中亦有指出，筆記本電腦和手機(jī)使用的鋰離子電池所采用的底層技術(shù)仍然是不夠安全的，需要考慮更安全的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，在過(guò)去的十年，由于電池材料熱穩(wěn)定性的提高，對(duì)電池安全性能理解的加深以及新的提高安全的裝置與措施不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，鋰離子電池的安全性能也的確有了較大的提高——不過(guò)，這些方法又常常是以犧牲容量的做法換來(lái)的——因而，今后改進(jìn)鋰離子電池制造工藝，優(yōu)化鋰離子電池安全設(shè)計(jì)，將仍然是未來(lái)鋰離子電池制造商的主要努力方向。

總之，隨著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)鋰離子電池設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)和使用諸方面要求的認(rèn)識(shí)不斷加深，未來(lái)的鋰離子電池會(huì)變得更安全。