本期關(guān)注：鋰離子電池的安全隱患

　　6月19日，甘肅省金塔縣一名電焊工人在作業(yè)時(shí)，手機(jī)電池突然爆炸，導(dǎo)致其肋骨斷裂并刺破心臟而死亡。

　　此事引起廣大手機(jī)使用者的疑惑和擔(dān)憂。

　　而廣東省工商行政管理局官員日前披露，標(biāo)稱摩托羅拉、諾基亞的手機(jī)電池在最近的一次抽查中，部分樣品在安全測試時(shí)發(fā)生了爆炸或起火；另外一些標(biāo)稱知名品牌的手機(jī)電池充電器也存在嚴(yán)重的安全隱患。

　　手機(jī)居然變成“手雷”，爆炸傷人致死。前不久發(fā)生在甘肅的這起悲劇事件再度引發(fā)公眾對鋰離子電池安全性的關(guān)注。

　　與其他充電電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應(yīng)、無污染、快速充電、自放電率低等優(yōu)點(diǎn)，1991年進(jìn)入市場不久即獲得消費(fèi)者的青睞。現(xiàn)在，筆記本電腦、移動電話、

　　數(shù)碼相機(jī)、MP3等數(shù)碼產(chǎn)品大都配備了鋰離子電池，目前它正快步進(jìn)入電動工具和電動車輛等應(yīng)用領(lǐng)域。但是，相關(guān)產(chǎn)業(yè)在高速發(fā)展的同時(shí)，鋰離子電池的安全問題仍然困擾著人們。除了手機(jī)電池爆炸事件，近年來，筆記本電腦更是因?yàn)殡姵仄鸹鸲啻伪淮笠?guī)模召回。

　　鋰離子電池為何爆炸起火

　　目前，手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備所用鋰離子電池的主要構(gòu)成部分包括：以鈷酸鋰為活性物質(zhì)的正極，石墨為活性物質(zhì)的負(fù)極，有機(jī)電解液，聚丙烯或聚乙烯隔膜等。

　　鋰離子電池出現(xiàn)安全事故，主要是由電極和電解液間的化學(xué)反應(yīng)引起。電解液的主要成分為碳酸酯，閃點(diǎn)很低、沸點(diǎn)也較低，在一定條件下會燃燒甚至爆炸。處于充電態(tài)的電池正極材料為強(qiáng)氧化性化合物，同時(shí)處于充電態(tài)的負(fù)極材料為強(qiáng)還原性化合物，如電池出現(xiàn)過熱，會導(dǎo)致電解液中的碳酸酯被氧化和還原，產(chǎn)生大量氣體和更多的熱，如缺少安全閥或者氣體來不及通過安全閥釋放，電池內(nèi)壓便會急劇上升而引起爆炸。

　　此外，鈷酸鋰材料的理論比能量是超過每克270毫安時(shí)的，但為保證其循環(huán)性能，實(shí)際使用容量只有理論容量的一半。在使用過程中，如發(fā)生某些意外，比如管理系統(tǒng)損壞而導(dǎo)致電池充電電壓過高，正極中剩余的一部分鋰就會脫出，經(jīng)電解液到負(fù)極表面以金屬鋰的形式沉積，而金屬鋰的表面電沉積極易形成“枝晶”，會刺穿隔膜，使正負(fù)極短路，導(dǎo)致電池迅速發(fā)熱，引起安全事故。

　　另外，電池過充，導(dǎo)致高電壓時(shí)正極加速氧化電解液，產(chǎn)生的熱和氣體也可能令電池?zé)崾Э亍?br/>
　　起火則主要由于電池殼體內(nèi)部壓力導(dǎo)致外殼破裂后，高溫下的電極和電解液與空氣接觸，處于充電態(tài)的負(fù)極的活潑性接近金屬鋰，與氧接觸會立即燃燒并引燃電解液、隔膜等。

　　規(guī)范的廠家有嚴(yán)格周密的安全設(shè)計(jì)

　　雖然電池安全事故令人心驚，但我們還是應(yīng)該看到，2006年全球生產(chǎn)了超過20億只鋰離子電池芯，發(fā)生事故的僅僅是極少數(shù)，規(guī)范的電池生產(chǎn)廠家有嚴(yán)格、周密的安全設(shè)計(jì)。

　　首先，為了達(dá)到電池安全考核指標(biāo)，需采用合格的正負(fù)極材料，并在設(shè)計(jì)上保證負(fù)極的過量。正常充放電情況下，鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的負(fù)極和正極嵌入和脫出，一般不會引起晶體結(jié)構(gòu)的破壞，也不會形成枝晶刺穿隔膜造成內(nèi)部短路。

　　在生產(chǎn)過程中，廠家還要嚴(yán)格控制極片的一致性，防止正常充電時(shí)負(fù)極表面形成金屬鋰的沉積；同時(shí)采用具有熱關(guān)閉特性的電池隔膜，在電池升溫達(dá)到120℃的情況下，復(fù)合膜兩側(cè)的PE膜孔會閉合，電池內(nèi)阻增大，升溫會減緩；還要向電解液中加入防過充添加劑，在電池電壓高于設(shè)定值的條件下，發(fā)生添加劑聚合，大幅增加電池內(nèi)阻，降低發(fā)熱量；電池還要有安全閥，內(nèi)部壓力大于一定值時(shí)，安全閥可以開啟泄壓等；另外，制造環(huán)境的控制也很重要，因?yàn)橹圃爝^程中引入的雜質(zhì)、掉粉等也會導(dǎo)致電池出現(xiàn)安全問題。最后，每批電池芯還需要抽樣作各項(xiàng)濫用試驗(yàn)的測試，如過充、熱箱、針刺、擠壓、溫度沖擊、外部短路、跌落等，充分考察其安全性能。

　　作為普通消費(fèi)者，保險(xiǎn)的做法是選擇知名企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，嚴(yán)格按照說明書上的要求使用，在電器或電池出現(xiàn)人為損壞或異常時(shí)，應(yīng)向廠家售后服務(wù)人員求助而不是自己拆卸修理或湊合使用。可以說，掌握相關(guān)的知識并合理使用是消費(fèi)者最有效的保障安全的方法。

　　技術(shù)進(jìn)步會讓未來的鋰離子電池更安全

　　要提高鋰離子電池的安全性，首先要提高鋰離子電池芯的安全性能，這對大容量電池尤為重要。

　　一部手機(jī)用的鋰離子電池重約20克，基本要求是發(fā)生安全事故的概率要小于百萬分之一，這也是社會公眾所能接受的最低標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)際情況比千萬分之一還要小)。

　　電動自行車所用鋰離子電池組的重量為3～4公斤，比手機(jī)大了100多倍。另外，電動

　　摩托車所用鋰離子電池重15～20公斤，混合電動汽車所用電池組重量為30～100公斤，純電動小轎車則要用到300～400公斤重的蓄電池。如采用同樣的材料和設(shè)計(jì)，一般情況下鋰離子電池儲存的總能量和其安全性是成反比的，隨著電池容量的增加，電池體積也在增加，其散熱性能變差，出事故的可能性將大幅增加。

　　我國剛開始開展鋰離子電池電動車研發(fā)時(shí)，曾出現(xiàn)若干爆炸和燃燒的事故，采用鈷酸鋰作為電池的正極材料是一個(gè)主要的原因。后來，隨著改性錳酸鋰材料的成熟和使用，電池正極的氧化性降低了，同時(shí)錳酸鋰電池充滿電后正極幾乎沒有多余的鋰，過充電時(shí)在負(fù)極形成鋰枝晶的可能性也大幅度降低，我國單體10～30安時(shí)的車用高功率鋰離子電池安全問題在“十五”期間得到了較好解決。近年來，新發(fā)展出的磷酸鐵鋰正極材料的氧化性更明顯低于錳酸鋰，從正極材料的角度來看，磷酸鹽正極材料的應(yīng)用將更有利于提高鋰離子電池安全性。

　　但要注意安全性不僅僅是由正極材料決定的，負(fù)極材料、電解液隔膜材料和電池設(shè)計(jì)、制造、使用等方面的諸多問題仍需慎重考慮。

　　石墨仍然是當(dāng)今鋰離子電池主要的負(fù)極材料。石墨材料電池充滿電時(shí)負(fù)極形成的LiC6的活潑性與金屬鋰很接近，加之石墨層間距小而晶粒體積大，其鋰離子嵌入和脫出時(shí)所引起的晶粒體積變化也較大，大電流充放電時(shí)，表面固體電解質(zhì)膜易破裂導(dǎo)致新的反應(yīng)產(chǎn)生氣體，做大容量電池還是不夠安全，采用綜合性能優(yōu)良的炭基和氧化物基負(fù)極材料也是提高鋰離子電池安全性的關(guān)鍵之一。此外，選用機(jī)械和熱關(guān)閉性能更優(yōu)的電池隔膜、發(fā)展阻燃型電解液、改進(jìn)設(shè)計(jì)提高電池的散熱能力等也是提高鋰離子電池安全性的途徑。

　　鋰離子電池的使用也有嚴(yán)格的要求，消費(fèi)者不要指望像買一次性使用的堿錳電池那樣，在商店貨架上就找到鋰離子電池的“裸”芯。規(guī)范的電池芯生產(chǎn)商只會向經(jīng)過授權(quán)的公司銷售自己的電池芯，并由這些公司將電池芯封裝成電池包出售。這些電池包內(nèi)包含鋰離子電池保護(hù)電路，該電路具有防止電池過充、過放、過熱和過流的功能，電池包結(jié)合專用充電單元才能與特定的用電器配合，為消費(fèi)者使用。

　　對電池芯的安全測試應(yīng)提出更科學(xué)的要求

　　值得一提的是，我們還應(yīng)該對電池芯的安全測試提出更科學(xué)的要求來為它的安全性能把關(guān)。目前世界上有多個(gè)關(guān)于鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)涉及安全檢測的內(nèi)容，如UL1642(美國UL實(shí)驗(yàn)室)、ICE(國際電工委員會)、JIS(日本國家標(biāo)準(zhǔn))、IEEE(美國電氣及電子工程師學(xué)會)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的檢測項(xiàng)目相似，但測試條件又不同，各個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)不一致，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間也有差異，多數(shù)是一些基本要求，缺少與實(shí)際應(yīng)用相關(guān)聯(lián)的具體指引，具體執(zhí)行起來比較困難。

　　去年，電腦電池大規(guī)模召回后，國際上主要的電腦和電池生產(chǎn)商開始制定更科學(xué)、更完善的標(biāo)準(zhǔn)，車用大容量電池的安全標(biāo)準(zhǔn)也在進(jìn)一步完善中。

　　隨著材料技術(shù)的進(jìn)步和人們對鋰離子電池設(shè)計(jì)、制造、檢測和使用諸方面要求的認(rèn)識不斷加深，未來的鋰離子電池會變得更安全。