处处有“锂”，安全知多少？——锂离子电池安全科普知识

   随着科技的快速发展，锂离子电池在日常生活和产品应用中随处可见，锂离子电池具有能量密度高、循环性能优良以及无记忆效应的特点，在电子产品，如笔记本电脑、手机、移动电源、智能手表、相机、电动玩具、电动工具、无人机中广泛使用，并在电动汽车和储能电站等领域得到应用。然而锂离子电池的热稳定性相对较差，在热、电或机械滥用条件下，容易发生热失控而燃烧，引起火灾，甚至引发爆炸。

   本文通过概述锂离子电池结构、工作原理以及热失控原因，帮助大家了解锂离子电池使用过程中的安全注意事项，正确使用产品，避免伤害事件发生。

 

   什么是锂离子电池

   锂离子电池是一种可充电电池，主要由正极、负极、电解质和隔膜等组成。目前，主流的锂离子电池封装形式有圆柱、方形和软包三种。常见的锂离子电池有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂以及三元锂（三元镍钴锰）电池等。与其他可充电电池相比，锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、轻质化和环保等优点。

图1 锂离子电池结构

   锂离子电池主要依靠锂离子在正、负极之间反复迁移，实现化学能与电能相互转化。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态。放电时则相反。

   以钴酸锂电池为例，以LixCoO2为正极(其中0<x<1)，石墨为负极。在充电过程中，锂离子从正极材料中脱出，经过电解液运输到负极材料表面，电子通过外电路传输至负极集流体；溶剂中的锂离子与电子、负极石墨空穴结合，形成嵌锂石墨，放电过程与充电过程相反[1]。充电过程正负极反应如下：

 

   锂离子电池热失控原因

   一般来说，导致锂离子电池热失控的根源是电池内部一系列复杂且相互关联的“链式副反应”，最具代表性的链式反应包括：外部机械、电、热滥用→内部产热→SEI膜分解→负极与电解液反应、产气→隔膜熔化→内部短路→安全阀开启→正极与电解液反应、产气→电解液分解、产气→电解液、气体燃烧→起火爆炸[2]。

  （1）机械方面。锂离子电池因受外力作用，如针刺、挤压、碰撞等，导致隔膜被破坏而发生短路，在对电池进行穿刺实验时，电池迅速出现起火现象，同样的，严重的冲击也会引发电池热失控。

  （2）电池过充。电池过充常见的有使用不匹配的充电器进行充电，或非正规渠道购买的锂离子电池容易出现过充。

  （3）短路问题。包含外短路和内短路两种：引发外短路的情况有电池外部线路老化、锂离子电池长时间被浸泡在水中等；内部短路方面有生产工艺的影响、理枝晶的产生导致隔膜被破坏等。

  （4）外部温度影响。外界高温会影响锂离子电池的使用安全，如酷热天气下长时间暴晒的行车记录仪、无人机等。

   这些滥用条件会引发一系列的放热反应，并导致锂离子电池内部温度升高，高温又会反过来加速放热反应的进行，最终引发锂离子电池热失控。

图2 锂离子电池热失控示例

 

   锂离子电池相关产品召回典型案例

   截至目前，我国针对锂离子电池方面的召回主要集中在笔记本电脑、电动自行车、移动电源产品等，召回的原因主要是锂离子的电池芯可能会出现内部短路，存在过热起火安全隐患；锂离子电池抗冲击性能不符合国家标准相关安全要求，极端条件下，存在起火的安全隐患；特殊条件下，锂离子电池过热导致发生变形的现象，存在起火安全风险。基于锂电池起火安全风险相对较高的情况，企业在发现产品可能存在类似风险时，绝大多数企业通过更换电池、退换的形式消除缺陷或降低产品安全风险。

 

   锂离子电池安全注意事项

   消费者在购买和使用锂离子电池的产品时要注意以下事项：

  （1）通过正规渠道选购相关产品。

  （2）充电时使用性能良好的原装充电器或与产品相匹配的充电器，并避免持续长时间充电。

  （3）使用时避免遭受剧烈的颠簸或碰撞，切勿使用如钉子或其他尖锐物刺穿锂离子电池。

  （4）避免在高温、高湿度环境下使用锂离子电池产品，当电池出现鼓胀时，建议停止继续使用，并妥当处理。

  （5）电池存放时要注意环境的温度和湿度，建议在温度25℃的环境下保存，注意防潮防湿，定期补电，不要挤压、碰撞，不要存放在有强静电和强磁场的地方。

   据工信部相关数据显示，2022年全国锂离子电池产量达750GWh，同比增长超过130%；产业规模进一步扩大，行业总产值突破1.2万亿元。消费者在享受锂离子电池带来便利的同时，也要了解此类产品的安全特性，时刻绷紧安全这根弦。据国家消防救援局相关数据显示，仅2022年全国共接报电动自行车火灾1.8万起，其中过度充电、电池故障等是导致电动自行车电气火灾的主要原因。随着新产品、新技术、新业态的大量涌现，做好产品安全监督和风险管理，及时分析和总结产品安全问题，并采用时下消费者喜闻乐见的方式科普安全知识，对提升公众的安全意识、预防伤害事件发生具有重要意义。

   转载自：产品安全与召回公众号