本期關注：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，手機電池突然爆炸，導致其肋骨斷裂并刺破心臟而死亡。

　　此事引起廣大手機使用者的疑惑和擔憂。

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

　　手機居然變成“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、無污染、快速充電、自放電率低等優(yōu)點，1991年進入市場不久即獲得消費者的青睞。現在，筆記本電腦、移動電話、

　　數碼相機、MP3等數碼產品大都配備了鋰離子電池，目前它正快步進入電動工具和電動車輛等應用領域。但是，相關產業(yè)在高速發(fā)展的同時，鋰離子電池的安全問題仍然困擾著人們。除了手機電池爆炸事件，近年來，筆記本電腦更是因為電池起火而多次被大規(guī)模召回。

　　鋰離子電池為何爆炸起火

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

　　鋰離子電池出現安全事故，主要是由電極和電解液間的化學反應引起。電解液的主要成分為碳酸酯，閃點很低、沸點也較低，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氧化性化合物，同時處于充電態(tài)的負極材料為強還原性化合物，如電池出現過熱，會導致電解液中的碳酸酯被氧化和還原，產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毫安時的，但為保證其循環(huán)性能，實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，比如管理系統損壞而導致電池充電電壓過高，正極中剩余的一部分鋰就會脫出，經電解液到負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，使正負極短路，導致電池迅速發(fā)熱，引起安全事故。

　　另外，電池過充，導致高電壓時正極加速氧化電解液，產生的熱和氣體也可能令電池熱失控。

　　起火則主要由于電池殼體內部壓力導致外殼破裂后，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)范的廠家有嚴格周密的安全設計

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

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

　　在生產過程中，廠家還要嚴格控制極片的一致性，防止正常充電時負極表面形成金屬鋰的沉積；同時采用具有熱關閉特性的電池隔膜，在電池升溫達到120℃的情況下，復合膜兩側的PE膜孔會閉合，電池內阻增大，升溫會減緩；還要向電解液中加入防過充添加劑，在電池電壓高于設定值的條件下，發(fā)生添加劑聚合，大幅增加電池內阻，降低發(fā)熱量；電池還要有安全閥，內部壓力大于一定值時，安全閥可以開啟泄壓等；另外，制造環(huán)境的控制也很重要，因為制造過程中引入的雜質、掉粉等也會導致電池出現安全問題。最后，每批電池芯還需要抽樣作各項濫用試驗的測試，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。

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

　　技術進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準(實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計，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，曾出現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，同時錳酸鋰電池充滿電后正極幾乎沒有多余的鋰，過充電時在負極形成鋰枝晶的可能性也大幅度降低，我國單體10～30安時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，負極材料、電解液隔膜材料和電池設計、制造、使用等方面的諸多問題仍需慎重考慮。

　　石墨仍然是當今鋰離子電池主要的負極材料。石墨材料電池充滿電時負極形成的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所引起的晶粒體積變化也較大，大電流充放電時，表面固體電解質膜易破裂導致新的反應產生氣體，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極材料也是提高鋰離子電池安全性的關鍵之一。此外，選用機械和熱關閉性能更優(yōu)的電池隔膜、發(fā)展阻燃型電解液、改進設計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格的要求，消費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)范的電池芯生產商只會向經過授權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。這些電池包內包含鋰離子電池保護電路，該電路具有防止電池過充、過放、過熱和過流的功能，電池包結合專用充電單元才能與特定的用電器配合，為消費者使用。

　　對電池芯的安全測試應提出更科學的要求

　　值得一提的是，我們還應該對電池芯的安全測試提出更科學的要求來為它的安全性能把關。目前世界上有多個關于鋰電池的標準涉及安全檢測的內容，如UL1642(美國UL實驗室)、ICE(國際電工委員會)、JIS(日本國家標準)、IEEE(美國電氣及電子工程師學會)的相關標準。這些標準的檢測項目相似，但測試條件又不同，各個國家標準不一致，行業(yè)標準之間也有差異，多數是一些基本要求，缺少與實際應用相關聯的具體指引，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商開始制定更科學、更完善的標準，車用大容量電池的安全標準也在進一步完善中。

　　隨著材料技術的進步和人們對鋰離子電池設計、制造、檢測和使用諸方面要求的認識不斷加深，未來的鋰離子電池會變得更安全。