文章转载自公众号“锂电标准化”(工信部锂离子电池及类似产品标准工作组)

前言

日常生活中,锂电池早已渗透到我们的方方面面——手机、笔记本电脑、电动车、充电宝、玩具车、家庭扫地机器人,都离不开它的“动力支持”。我们习惯了用锂电池供电,却很少有人想过一个问题:平时给手机充电、供设备运行的“电能”,和锂电池起火爆炸时那股毁灭性的能量,到底是不是一回事?

很多人看到锂电池起火,第一反应是觉得所有危险都来自于锂电池的“电”。其实这种想法,只说对了一小半。今天我们就给大家科普一下:锂电池起火爆炸到底藏着哪些不为人知的秘密?

我们平时说的“电池电能”,到底是什么?

我们平时所说的“锂电池电能”,其实是电池在正常工作状态下,能够平稳释放出来的能量——比如给手机供电、让电动车行驶,这部分能量的释放,在正常使用时是可控的、温和的。这部分电能释放的本质,咱们可以做个简单类比:就像山顶的石头和山脚下的石头,两者之间有高度差,石头从山顶滚到山脚会释放出动能;锂电池的正负极材料,就相当于山顶和山脚的石头,它们之间的“能量差”,就是我们能用到的“电能”。

这部分电能只要电池正常工作,它就会平稳释放,不会突然“爆发”。比如我们手机充电时,电池慢慢储存电能,手机使用时电能再慢慢释放,这就是锂电池正常的能量循环。

电池起火时,能量只来自“电能”吗?

答案非常明确:不是!锂电池起火爆炸时,释放的能量远远不止我们平时用到的那部分“电能”,它的“破坏力”,主要来自于电池内部所有材料的“总化学能”——这部分能量,平时一直被“封印”在电池里,只有当电池发生“热失控”时,才会被彻底释放出来,形成毁灭性的威力。

先解释一个通俗的概念:什么是“热失控”?简单来说,就是锂电池因为各种原因(比如短路、高温、撞击、穿刺),内部温度急剧升高,超过了自身能承受的极限,导致电池内部发生不可逆的分解、燃烧,引发连锁反应,温度越来越高,最终导致起火、爆炸等情况。这个过程,就像点燃一个的“燃料包”,“燃料包”里的“燃料”,远比我们想象的多——锂电池的正极材料、负极材料、电解液,都可以释放巨大能量:

正极材料蕴含能量:锂电池的正极材料(比如三元材料、磷酸铁锂材料),在高温下会发生不可逆的分解,分解会释放出大量的热量和氧气——氧气会进一步助燃,让燃烧变得更剧烈,热量越来越高。

负极材料蕴含能量:负极材料(比如石墨)在高温下也会发生分解、氧化,同样会释放出热量,同时产生易燃易爆的气体,如CO等,从而加剧火势和爆炸风险。

电解液蕴含能量:电解液目前以有机液体为主,是锂电池内部的“能量传递介质”,多属于易燃物质,在高温下也容易分解,产生大量的易燃易爆气体(比如一氧化碳、甲烷、氢气等),这些气体一旦遇到明火,就会剧烈燃烧,释放出巨额热量——这也是锂电池起火时,火势蔓延快、温度高的核心原因之一。

除此之外,电池内部的隔膜(防止正负极短路的部件),在高温下会收缩、融化、破损,导致正负极直接接触,引发短路,进一步加剧热失控,释放更多能量。这些所有能量加起来,才是锂电池起火爆炸时,真正的“能量来源”——而我们平时用到的“电能”,仅仅可能只是点燃这个“燃料包”的“导火索”而已。事实上,即使没有“电”的作用,如高温或低气压也可能会引起体系的燃烧甚至爆炸。

类比“燃料包”,教你更易看懂能量来源

为了帮助大家更直观地理解,可以把整个锂电池比作一个“特制燃料包”,那么:

燃料包里面的“燃料”:包括正极材料、负极材料、电解液——这三种材料,都可以被燃烧分解,能释放大量能量的物质;

我们平时用到的“电”:就相当于点燃这个燃料包的“火柴”——火柴本身的能量不大,但它能引燃燃料包,让里面的所有燃料都开始燃烧、释放能量;

热失控时的能量:就相当于燃料包被点燃后,里面所有燃料一起燃烧、爆炸释放的总能量——这股能量,远比火柴本身的能量大得多,也是造成破坏的主要原因。

电压为什么会影响电池安全?

很多人会问:既然电只是导火索,那为什么还要控制锂电池的电压?其实电压的作用,就相当于“燃料包的易燃等级”——电压越大,这个“燃料包”就越容易被点燃,热失控的风险也就越高。

举个例子:同样是一个“燃料包”,用一根微弱的火柴(低电压),可能无法点燃,但用一根火焰很旺的火柴(高电压),就能瞬间点燃。锂电池的电压也是一样,电压越高,正负极之间的“能量差”也越大,更容易让一些物质分解,一旦发生短路、破损,也越容易引发电弧、产生高温,进而点燃内部材料,触发热失控。

这也是为什么,锂电池时使用都会严格控制电压范围,就是为了降低“点火”的难度,减少热失控的风险。

重要提醒:对于我们普通消费者来说,不要随意改装锂电池、不要使用非原装充电器(非原装充电器可能导致电压不稳定)、不要让锂电池长期处于高温环境(比如夏天放在车里暴晒),这些行为都会增加电压异常、触发热失控的风险!

记住3点,读懂锂电池安全核心

最后咱们用3句通俗的话总结,方便大家记住:

平时用的“电能”,只是锂电池的“一小部分能量”,是可控、温和的,用来供设备运行;

起火爆炸的“大能量”,来自锂电池内部所有材料的总化学能,是热失控时释放的“破坏力核心”;

电压是“点火开关”,决定了锂电池热失控的难易程度,控制电压就是控制点火风险。

锂电池本身并不可怕,只要我们了解它的“能量秘密”,选择正规产品、正确使用、妥善保管,就能有效规避热失控风险,让锂电池安全地为我们服务。

最后,转发这篇科普给身边的家人朋友,让更多人读懂锂电池安全,远离火灾隐患~

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