锂离子电池因为其能量密度高、对环境友好、使用寿命长等特点，在消费电子和新能源汽车领域有着不可替代的作用。但同时，锂离子电池也是十分的危险，非常容易发生起火爆炸，因此，锂电池安全问题也是消费者最关注的问题之一。

随着科学技术的进步，具有电压高、比能量大、循环寿命长、自放电小、快速充电等优点的锂离子电池已经逐步成为生活中储能元件中最重要的组成部分之一。小到可携式的电子产品如耳机、手机、移动电源、笔记本电脑，大到交通运输工具如新能源汽车等都采用了锂电池装置。

然而，我们在享受科技进步带来的便捷时，却忽略了或没有充分认识锂离子电池的安全性，导致锂电池安全状况不断，起火、爆炸事故频发。不论是三星Note 7连连发生燃烧和爆炸事故，还是iPhone 7手机在国内爆炸事件，安全知识的匮乏、对危险的轻视，锂离子电池的火灾问题已经威胁到了我们的日常生活。

那么在我们生活中随处可见的锂离子电池，它的内部结构是什么样的？

导致锂离子电池爆炸的主要原因是什么？

我们生活中有哪些常见的外部因素会导致手机电池发生火灾爆炸事故呢？

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为此，科技部苏林杰给大家带来了有关锂离子电池安全知识的培训，全面解释了上述问题。

电池失效案例与原因

我们来看三个案例，剖析电池失效事故的原因：

案例一：三星Note7起火

2016年10月5日上午，美国西南航空公司旗下一架航班号为994的客机发生火灾，起因是一部三星Note7手机冒烟起火。

案例二：波音787飞安事件

2013年美国东部时间1月7日10时，一架从东京出发抵达波士顿洛根机场的日航波音787型航班后舱突然冒出烟雾，烟雾由辅助供电装置的电池起火引起，而这一装置位于飞机尾部的配电间。

案例三：电动汽车自燃

2019年4月21日20点30分左右，上海徐汇区裕德路泰德花苑小区的地下车库，一辆白色的特斯拉MODEL S 在没有任何人接触的情况下，突然冒出了白烟，随后爆燃；

次日下午，位于西安的一辆蔚来ES8纯电动汽车在授权服务中心维修时发生自燃；

4月24日，武汉一中学附近，一辆比亚迪E5新能源电动车自燃。

三星Note7电池问题，主要是来自两家不同的电池供货商在制程品管上分别发生问题。其一是在电池组装过程中，锂电池角落受压力变形，造成隔离膜无法有效阻隔正负极，而产生内部短路；另一则是锂电池极耳的超音波焊点突出部位未贴上绝缘胶带，造成内部短路起火。

而波音787的锂电池则是由于铆钉的设计，受到飞机引擎与起降等震动使其接触不良，在高电流下使得局部发热造成隔离膜融化，同时系统设计未考虑电芯间泄压阀与失效热传递的影响，造成飞安事件。

引起电动汽车自燃的原因主要有以下几种：一是碰撞引起的燃烧，二是电池散热不够引起燃烧，三是电控系统出现问题，四是系统短路引起燃烧，导致在充电过程中的燃烧。无论是哪种原因导致的自燃，都对电动汽车的安全性造成了严重威胁。

锂电池危险因素梳理

一般手机仅使用了单颗电池，但电动车、储能系统等应用，动辄使用上千颗、上万颗，倘若一颗失效，就可能发生像是放鞭炮一样的连锁效应，一个接着一个，造成严重的伤害与损失。因此，要使用锂电池，就必须了解它有一定的失效风险。

锂电池为什么危险？从锂电池的基本运行原理中就可窥知一二。

锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜等组成，正负极浸润在电解液中，锂离子以电解液为介质在正负极之间运动，实现电池的充放电。又因为锂离子在正、负极物质间脱嵌、迁移，因此早期电池被称为“摇椅”电池。

而锂电池的用料、结构、系统设计绝对会影响热失控发生时的严重性。

电解液的溶剂

锂电池的电解液溶剂主要组成是碳酸烷基酯，都是沸点很低的可燃液体，遇火易燃烧 。锂电池在高温、过充放、内外短路等意外情况下，电池内能量会在短时间以热的形式释放出来，产生的热量若没有及时散失，就会在电池内部持续循环加速反应，产生所谓的“热失控”，最终导致电池热失控着火或爆炸。

储电的负极

充好电的负极储存了多量的强还原性物质碳化锂（嵌层化合物等），LiC6的电位接近－3.0V，还原剂与金属锂差不多，遇水即可燃烧。

枝晶

在一些设计或制作不好的锂电池中，长期循环会形成枝晶，锂金属沉积出来，形成粉末状单质（通常是电极边缘的灰黑色粉末），遇到空气即可燃烧，非常危险。

内部短路

当电池的正负极之间隔膜被意外刺破（如枝晶生长，外力作用）导致正负极直接连通时，大量能量在电池内部释放，很容易燃烧或爆炸。

电解液分解

在多种情况下，锂电池的电解液会产生气体，在电池内部会形成压力，积累太多可能导致电池变形、泄漏甚至爆炸。

外壳破坏

液锂电池通常用钢壳或铝壳封装锂离子电池。在某些情况下，如充电设备或保护电路出现故障产生过充电，电池内部隔膜被刺穿导致内部短路等，导致电池内部温度迅速上升，压力也急剧增加，这时可能出现安全阀失灵或来不及动作，就会发生具破坏力的爆炸。对于铝塑复合膜包装的电池，如果包装膜被刺破、割破，可能发生电解液的泄漏。

其他事故

①注液不通风引起中毒,泄漏引起燃爆；

②化成、老化时燃爆；

③使用乙醇和丙酮擦洗容器，引起燃爆；

④锂电池生产、储存中的自燃、爆炸十分突出；

⑤锂电池生产过程中不精细操作留下安全隐患。

针对锂电池安全性的对策

为了避免锂离子电池过热，甚至爆炸，除了确保安全的生产环境和工艺外，锂电池的安全设计、锂电池的材料安全以及锂电池的使用细节也是确保锂电池安全的关键因素。导致锂离子电池爆炸的原因有很多，如炙烤、高温、外短路、挤压和撞击、过充电、过放电、浸泡等等。

一、安全性的内部因素防范：

① 内部短路的防范措施

电池结构设计优化；

在关键工序使用自动化设备和改善工夹具；

通过严格存储条件筛除微短路和内短路电芯；

同时材料体系的稳定性也有助于安全性的改善。

② 微短路和内短路电芯的筛除

自放电严重的电芯有安全隐患， 通过严格存储条件, 可把有微短路和内短路隐患的电芯筛除。

二、安全性的外部因素防范：

过充电(电压)、外短路、过温: 150度 30 分钟，以上几种情况均有可能导致电池发生安全性事故，外短路, 过充，和热稳定性主要从电池的材料体系来解决。

外短路防范措施：

① 正负极材料的的选择和处理：

选择安全性和稳定性较好的正负极材料；

对比表面较大的材料采取二次处理的方式, 以降低正负极材料的反应活性。

② 电解液组成及添加剂：

改善电池的稳定性: 提高电池的循环性和存储性；

改善电池的过充安全性；

提高电芯的高，低温性能。

③ 提高电池本身稳定性和安全性。

电池安全性的原则：必须兼顾电池的性能

解决措施：

正负极和电解液等新材料开发 ，选用热力学更稳定的材料；

电池设计：不同形状、负极与正极容量比；

电池制造过程：浆料质量、涂布质量等，优化电池工艺；

安全保护电路 ：过充电保护、过放电保护和过电流/短路保护。

国内外锂电池热失控研究最新进展及展望

对于锂电池的安全，要有新的思维模式，一方面从质量把关着手，降低出问题的机率，一方面从设计着手，考虑安全使用范围，并思考可能失效的方式与严重程度，将缓解失效的模式设计出来，降低电池失效的严重性。

目前，国内外学者针对电池的热失控机理和安全措施等方面进行了极有价值的前沿研究，以提高锂离子电池的安全性能，同时制定了相关安全测试标准，以控制电池的出厂质量。

伦敦大学学者结合高能加速器X射线和热成像技术，借助光子高通量快速成像探测仪，拍摄了电池过热并点燃的‘热失控’瞬间及其热失控电池的内部结构变化，有助于揭示热失控的演化机理。我国学者在锂离子电池主要产热行为、热失控机制、电池火灾行为、电池组中热失控的传播等方面都开展了大量研究，为热失控的防控提供了科学支撑。

当然，随着对锂离子电池安全的需求增强，需要研发更安全的电池体系，但从能量守恒角度来说，能量密度的增加则意味着安全性的降低，因此，需要在提高触发热失控的难度、降低能量释放速率、切断热失控传播等方面，控制电池热失控的发生，降低事故灾害发生的概率。

除了制造商必须认清及防范使用锂电池可能带来的安全风险外，消费大众也同样有责任。希望通过科技部的培训分享，小伙伴们都能够对锂离子电池的安全知识有所了解，正视锂电池的危险，遵守锂电池安全使用规定。唯有每一个人都有安全共识，才能降低锂电池发生意外带来的伤害，为大家的幸福甜蜜的生活多一重安全保障！