电动车锂电池爆炸，现在技术能制止吗？不能

不知从何时起，我们身边有越来越多的人开起了电动车，而最近，相信你也一定听到了很多关于电动车的新闻——“欧盟考虑2035年全面停产燃油车”“中国计划2035年将本土电动车小亮占比提升至60%”，以及“特某拉电动车高速行驶着火”和“北京南四环一充电站起火爆炸”……

我们确实正在迈入电能源革命的新时代，但当我们不断眺望电能源利用的美好未来时，总不免担忧那一柄悬在我们头上的“达摩克里斯之剑”——锂离子电池的安全性。

电动车电池引发的爆炸事故 | 新华网

为什么感觉近年锂离子电池爆炸事故频发？

无论是电动汽车还是储能电站，都离不开一种关键的器件——电池。几乎所有的电动汽车和七成以上的化学储能电站应用的都是锂离子电池，也就是我们手机和笔电中使用的这种电池。

由于锂离子电池出色地实现了电能源的便携化，助推了我们这个信息时代的发展。也因此，有三位对锂离子电池技术发展贡献最大的科学家获得了诺贝尔化学奖。

图上左三和右三分别为美国科学家约翰·古迪纳夫和斯坦利·惠廷厄姆，他们和日本科学家吉野彰一起因为在锂离子电池研发领域作出的贡献获得了2019年诺贝尔化学奖 |

Flickr, US Embassy Sweden / CC BY-NC-SA 2.0(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/)

得益于锂离子电池的发展，其使用场景离我们非常近，我们的手机、相机和蓝牙耳机都需要它，但为什么应用到电动车上上、储能电站上，锂离子电池就发生了这么多事故？

这其实是一个概率的问题。比如某进口电动车所用的某进口电池号称事故概率仅为一千万分之一，但一辆车上要装8000支这种电池，相当于一千万支电池能够装1250辆电动汽车。也就是理论上1250辆电动汽车中，就有一辆车里的某支电池有可能会发生事故。若这个事故属于电池燃烧或者爆炸级别的事故，就有可能引发其周围的电池发生链式反应，进而造成电动汽车燃烧的大事故。

储能电站方面的事故也是如此，相比于一辆电动汽车大概能储存50～100度电，一个储能电池的集装箱体一般能储存1000度电，而一个中大型储能电站常常是几十个这种储能电池集装箱的集合。可想而知，这么大规模的电池用量，偶尔发生事故也很正常。另一方面，电动汽车与储能电站的燃烧、爆炸事故的后果显然要比手机电池严重太多，且目前的消防措施几乎对其无能为力。当然，我们也不能忽视这个消息传播如此迅速广泛的时代，那些时而造成人员伤亡的严重事件，便更容易造成较大的社会影响。

为什么锂离子电池会燃烧甚至爆炸？

锂离子电池是一种含能元器件，其主要由正极、负极、电解液和隔膜等组成。充电后其正极一般为过渡金属氧化物，其具有较强的氧化性；负极则为内部嵌入大量锂的石墨，有极强的还原性。电解液一般为有机酯类，具有熔点低、可燃等特点。

特别要注意的是，我们生活中的鞭炮也是一种含能器件，许多人知道其内含火药的成分为一硝（石，化学式KNO3）二硫（黄，化学式S）三木炭，其中硝石为强氧化剂，硫磺与木炭为还原剂，当外界给出一个超过120度的刺激后，鞭炮内氧化还原反应剧烈发生，释放大量气体与热量，火药燃烧、鞭炮爆炸。

鞭炮和电池一样，是一种含能器件 | Pixabay

由此可见，理论上锂离子电池本征便可能发生高放热的氧化还原反应，且其内含的可燃电解液也会助推此反应，带来燃烧甚至爆炸的后果。锂离子电池燃烧或爆炸的威力有多大呢？光从其储存电能的角度来说，150Wh/kg能量密度的普通锂离子电池的电能大约是TNT炸药爆炸产生热量能量密度的1/10。

近年来的研究确凿地证明，锂离子电池事故中正负极在特殊情况下可直接发生剧烈氧化还原反应，甚至铝和铜集流体也能以还原剂的方式直接参与反应，产生的热量要显著高于电池储电对应的能量。一般来说，在密闭空间中锂离子电池发生安全事故，其最高温度能达到800℃以上，而一只43.4g重锂离子电池发生爆炸时的爆热相当于5.45gTNT，达到TNT当量的1/8 [2]。

而锂离子电池之所以不以剧烈的氧化还原反应而是以电化学反应的方式将其内部的化学能可控地、源源不断地转化为电能，是因为隔膜将正负极有效地物理隔离/电子传导绝缘（以及导离子电解液的存在）。但是，当出现各种内因或外因导致隔膜失效，进而正负极直接接触后，这种内短路会带来电能被瞬间释放，产生大量热并带来高温，瞬间破坏电池内部化学体系稳定，导致负极/电解液、正极/电解液、负极/正极之间，甚至集流体也参与的氧化还原反应，瞬时放热升温、造成电解液瞬间气化进而夹杂着负极/正极活性物质粉末喷出电池壳体，带来燃烧甚至爆炸的恶果，这个过程叫做热失控（简称TR）。