鉅大LARGE | 點擊量：1127次 | 2018年11月18日
鋰電池安全追問
近日，記者主要就電池安全問題采訪了材料科學與工程學院的姜銀珠老師。
鋰電池短路可致爆炸起火
電瓶車鋰電池會不會爆炸？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？這些問題引發了同學們的爭議。
姜老師表示：“這跟鋰電池內部短路的情況有關系，它可能是有爆炸情況的。”用通俗的話解釋，爆炸是一個泄壓的過程：電池內部是一個密閉空間，短路發生后，空間內溫度快速上升，電池中的電解液受熱變成氣體，氣體受熱急劇膨脹，空間內壓力過大就會發生爆炸，而高溫會導致可燃電解液的燃燒。也就是說，即使鋰電池沒有質量問題，電線短路后也可能導致爆炸。爆炸后，電池內有一個復燃的過程，還可能出現火花熄滅后再爆炸的情況。因此，鋰電池第一次爆炸后，危險仍然存在。
“這也是人們處理火災現場時的一道難題。”老師說，鋰電池內部的反應在持續發生，滅火人員無法從外部干預，“普通的干粉滅火器對這種事故處理效果不好，高壓水龍頭可能會好一點。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部燃燒完。這是一個很大的問題。”
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
根據事故現場的殘骸圖，老師認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：“這是有科學依據的。”
姜老師從鋰電池的內部結構入手，向我們解釋了電池安全事故發生的原理。電池由正級、電解液、負極、中間的隔膜四部分構成。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燃的有機溶劑。隔膜是一個有機易燃的聚合物的材料，其作用是隔絕正負極。當電池的內部發生了短路，即電池內部正負極直接接觸后就會持續急劇發熱，大量熱能快速將電解液引燃。
雖然正負極中間有一層隔膜，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，當環境溫度超過一定的范圍后，隔膜耐熱功能削弱，材料軟化，電池內部容易短路。即便事故之初短路規模極小，時間一久電線仍會出現整體短路，如前文原理所述，最終有發生爆炸的危險。
物質蘊藏的能量越多，它的安全風險也會越大。傳統電動車電池有鉛酸電池、鉛炭電池等，化學穩定性好，造成安全事故的可能性較小；而相同體積的鋰電池中蘊含的能量更多，安全風險也高于鉛酸等傳統電池。
據姜老師介紹，目前學界進行了許多研究工作，追求電池能量維度，增加續航里程，來對抗通常所說的“里程焦慮癥”：電動車用戶面臨電量將耗盡時迫切尋找充電點的焦慮心理。提升續航能力的現實需求就要求單位質量電池具有更多能量，但安全風險也隨之增加。
姜老師還提到：“不只電動車，國內外和鋰電相關的儲能電站都曾出現過這種問題。鋰電池事故并不少見，所以現在學界和政府對這個問題也很重視。”
針對這種安全風險，使用電池管理系統是其中的一個解決方案，這一系統能監測電池中的微短路情況以便及時斷路。這個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險之間看起來是不可兼得的，但理論上還是會有很多辦法，在保證安全的情況下提高能量密度。
鋰電池的充電與更新
不少同學閱讀前文后向記者提出疑問：“室內外充電有這么大區別嗎？”其實充電過程的最后階段才是最容易出現問題的，如果充電的時間過長，首先鋰電池會過熱，導致軟化問題，其次是會過充，即實際充電量大于充電限額。
鋰電池的負極是石墨（一種碳材料），正級是一種氧化物，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候都往一邊跑，放電的時候都往另一邊跑，這個過程就像搖椅一樣搖過來搖過去。充電的時候負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，電池中的鋰就可能單獨沉積出來，繼而戳破電池內的隔膜，將正負極導通。所以大部分電動車事故都發生在充電的時候。”
電池使用時間過長后，安全風險會變大，這時就需要更換電池。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，當電池續航里程明顯減少，例如原來能跑100公里現在卻只能跑40公里的時候，同學們就應該考慮更換電池了。
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