近日，記者主要就電池安全問題采訪了材料科學(xué)與工程學(xué)院的姜銀珠老師。

鋰電池短路可致爆炸起火

電瓶車鋰電池會(huì)不會(huì)爆炸？此次事故中起火的小龜究竟是電池爆炸起火還是直接起火？這些問題引發(fā)了同學(xué)們的爭議。

姜老師表示：“這跟鋰電池內(nèi)部短路的情況有關(guān)系，它可能是有爆炸情況的。”用通俗的話解釋，爆炸是一個(gè)泄壓的過程：電池內(nèi)部是一個(gè)密閉空間，短路發(fā)生后，空間內(nèi)溫度快速上升，電池中的電解液受熱變成氣體，氣體受熱急劇膨脹，空間內(nèi)壓力過大就會(huì)發(fā)生爆炸，而高溫會(huì)導(dǎo)致可燃電解液的燃燒。也就是說，即使鋰電池沒有質(zhì)量問題，電線短路后也可能導(dǎo)致爆炸。爆炸后，電池內(nèi)有一個(gè)復(fù)燃的過程，還可能出現(xiàn)火花熄滅后再爆炸的情況。因此，鋰電池第一次爆炸后，危險(xiǎn)仍然存在。

“這也是人們處理火災(zāi)現(xiàn)場時(shí)的一道難題?！崩蠋熣f，鋰電池內(nèi)部的反應(yīng)在持續(xù)發(fā)生，滅火人員無法從外部干預(yù)，“普通的干粉滅火器對(duì)這種事故處理效果不好，高壓水龍頭可能會(huì)好一點(diǎn)。目前，國際上也沒有特別好的辦法去控制火勢，很多情況下只能干等電池內(nèi)部燃燒完。這是一個(gè)很大的問題?！?/p>

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根據(jù)事故現(xiàn)場的殘骸圖，老師認(rèn)為此次事故可能是由于電線短路引起電池爆炸后燃燒造成的。

對(duì)于周邊店主多次提到的“鋰電池比鉛酸電池更不安全”的說法，姜老師肯定：“這是有科學(xué)依據(jù)的?！?/p>

姜老師從鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，向我們解釋了電池安全事故發(fā)生的原理。電池由正級(jí)、電解液、負(fù)極、中間的隔膜四部分構(gòu)成。不同種類電池電解液不同，鋰電池的電解液大多是非常易燃且能直接點(diǎn)燃的有機(jī)溶劑。隔膜是一個(gè)有機(jī)易燃的聚合物的材料，其作用是隔絕正負(fù)極。當(dāng)電池的內(nèi)部發(fā)生了短路，即電池內(nèi)部正負(fù)極直接接觸后就會(huì)持續(xù)急劇發(fā)熱，大量熱能快速將電解液引燃。

雖然正負(fù)極中間有一層隔膜，但即便是耐高溫材料制成的隔膜也無法承受兩三百度的高溫。因此，當(dāng)環(huán)境溫度超過一定的范圍后，隔膜耐熱功能削弱，材料軟化，電池內(nèi)部容易短路。即便事故之初短路規(guī)模極小，時(shí)間一久電線仍會(huì)出現(xiàn)整體短路，如前文原理所述，最終有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。

物質(zhì)蘊(yùn)藏的能量越多，它的安全風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)越大。傳統(tǒng)電動(dòng)車電池有鉛酸電池、鉛炭電池等，化學(xué)穩(wěn)定性好，造成安全事故的可能性較??；而相同體積的鋰電池中蘊(yùn)含的能量更多，安全風(fēng)險(xiǎn)也高于鉛酸等傳統(tǒng)電池。

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據(jù)姜老師介紹，目前學(xué)界進(jìn)行了許多研究工作，追求電池能量維度，增加續(xù)航里程，來對(duì)抗通常所說的“里程焦慮癥”：電動(dòng)車用戶面臨電量將耗盡時(shí)迫切尋找充電點(diǎn)的焦慮心理。提升續(xù)航能力的現(xiàn)實(shí)需求就要求單位質(zhì)量電池具有更多能量，但安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。

姜老師還提到：“不只電動(dòng)車，國內(nèi)外和鋰電相關(guān)的儲(chǔ)能電站都曾出現(xiàn)過這種問題。鋰電池事故并不少見，所以現(xiàn)在學(xué)界和政府對(duì)這個(gè)問題也很重視。”

針對(duì)這種安全風(fēng)險(xiǎn)，使用電池管理系統(tǒng)是其中的一個(gè)解決方案，這一系統(tǒng)能監(jiān)測電池中的微短路情況以便及時(shí)斷路。這個(gè)辦法雖然無法解決問題根源，但的確能起到一定作用。在姜老師看來，雖然電池的高能量與低風(fēng)險(xiǎn)之間看起來是不可兼得的，但理論上還是會(huì)有很多辦法，在保證安全的情況下提高能量密度。

鋰電池的充電與更新

不少同學(xué)閱讀前文后向記者提出疑問：“室內(nèi)外充電有這么大區(qū)別嗎？”其實(shí)充電過程的最后階段才是最容易出現(xiàn)問題的，如果充電的時(shí)間過長，首先鋰電池會(huì)過熱，導(dǎo)致軟化問題，其次是會(huì)過充，即實(shí)際充電量大于充電限額。

鋰電池的負(fù)極是石墨（一種碳材料），正級(jí)是一種氧化物，它的原理叫“搖椅電池”。姜老師解釋道：“電池中的鋰在充電的時(shí)候都往一邊跑，放電的時(shí)候都往另一邊跑，這個(gè)過程就像搖椅一樣搖過來搖過去。充電的時(shí)候負(fù)極是不斷在往里面注鋰的，但如果充電過快，或者處于過充的狀態(tài)，電池中的鋰就可能單獨(dú)沉積出來，繼而戳破電池內(nèi)的隔膜，將正負(fù)極導(dǎo)通。所以大部分電動(dòng)車事故都發(fā)生在充電的時(shí)候?！?/p>

電池使用時(shí)間過長后，安全風(fēng)險(xiǎn)會(huì)變大，這時(shí)就需要更換電池。但到底隔多久要換一次電池？這由電池的性能決定。姜老師建議，當(dāng)電池續(xù)航里程明顯減少，例如原來能跑100公里現(xiàn)在卻只能跑40公里的時(shí)候，同學(xué)們就應(yīng)該考慮更換電池了。