近期新闻报道了多起与电动滑板车和电动自行车有关的火灾；几年前，商业航班上也曾发生多起与三星 Galaxy 手机有关的起火事件。这些事件有一个共同点，那就是锂离子电池。那么，锂离子电池为何容易失效？尽管存在这些风险，我们为何仍在继续使用它们？
锂离子电池的基本结构遵循标准电池构型：一个正极作为锂离子的来源，并决定电芯的容量和电压；另一个负极则负责储存和释放锂离子。这两个电极浸没在电解液中，电解液使离子能够移动，另有隔膜防止正极与负极接触。锂是一种非常轻的金属，具有极高的电化学势，因此在电池设计中威力巨大。然而，这就像一把双刃剑，也是它的主要缺点。锂的电化学势极高，意味着它也是一种非常活泼的元素，而且用这种金属制成的负极熔点较低 (180oC)。此外，锂在充放电过程中可能结晶，形成被称为枝晶的高导电性分支结构，进而可能引发短路。
锂离子电池的风险
如前所述，锂离子电池的主要风险是由热失控引起的电池火灾。热失控是指化学反应释放的热量不断累积，进一步加速反应，从而形成正反馈循环的过程。某些电解液的使用可能加剧这种情况。锂离子电池通常使用的电解液是有机碳酸酯，例如碳酸丙烯酯或碳酸二乙酯。这些化学品能够溶解锂盐，使电导率达到可实现电荷传输的水平。然而，这些化合物容易发生热分解，在此过程中，可燃气体可能在电池内积聚，与高温叠加便可能引发火灾。
尽管存在上述种种缺点，锂离子电池仍在广泛使用，而且可以采取措施使电池更加安全。电池要被视为安全，需要满足四项主要要求：高电导率、稳定且可控的固体电解质界面 (SEI)、锂盐的热稳定性，以及正极材料不溶于电解液。显然，第一项和第四项可通过使用锂盐和不溶于电解液的材料来实现，而第二项和第三项仍有改进空间。采用温度敏感型隔膜等策略是一种选择：在这种方案中，隔膜材料在达到一定温度时熔化，使电阻增大。增加的电阻应足以使电池停止工作，阻止进一步产热，从而防止热失控事件发生。
安全使用锂离子电池
量热学是研究热交换的科学，有助于识别风险以及应对方法。为此，在开发阶段，必须让电池经受可能导致失效的各种条件，并研究其潜在影响。在这些情况下，电池可能表现异常并积聚热量，而能够准确记录这一过程，是防止事故发生的绝佳手段。电池在销售和分销之前，应经过严格测试并记录结果，然后将测试结果与相关法规进行对照，例如 EN 60086-4、IEC 62619 或 UL 1642。
购买锂离子电池供电的设备时，确保其使用安全至关重要。2022 年 12 月的最新报告显示，与这类电池相关的火灾有所增加（月均增长 28%），火灾调查人员常将这些事件与劣质、受损或充电不当的设备联系在一起。市场调查显示，网上至少有 59 款电动自行车和电动滑板车充电器的在售商品未达到最低标准，包括未配备保险丝，而保险丝可在发生故障时防止起火。因此，使用锂离子电池供电的设备时，务必遵循制造商提供的说明，并始终确保设备符合标准且带有相应的认证标志。
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