“爆脾氣”電池頻“發火” 新成果防患于未“燃”

　　近年來，電動自行車以便利性受到大眾青睞，但相關起火事故威脅著居民的生命財產安全。據國家消防救援局發布的統計數據，2023年全國共接報電動自行車火災2.1萬起，比2022年增加17.4%。

　　電動自行車起火的直接原因多為電池故障。據北京市消防救援總隊近日通報，僅今年1月，北京市發生電動自行車和電動三輪車火災33起，其中因電池故障導致的火災達30起，約占總數的91%。

　　那么，電動自行車電池為什么容易自燃?有哪些措施可以防范起火事故?科技日報記者就此采訪了相關專家。

　　“罪魁禍首”往往是鋰枝晶

　　目前市面上大多數電動自行車采用的電池主要有兩種，即鋰電池和鉛酸電池。2019年《電動自行車安全技術規范》正式實施，要求電動自行車總重量不得超過55公斤。同時，隨著生產技術進步，重量更輕、能量密度更高、壽命更長的鋰電池，一躍成為市場主流，又沉又大的鉛酸電池逐漸減少。

　　相比鉛酸電池，鋰電池雖有諸多優勢，但也有短板——在特殊情況下存在自燃起火風險。

　　鋰電池自燃起火主要由于電池內部短路，而短路的“罪魁禍首”往往是鋰枝晶。鋰枝晶產生的原因多種多樣。

　　大多數電動自行車廠商都會在產品說明中明確，禁止在零攝氏度以下環境中充電。對此，清華大學交通研究所副所長楊新苗解釋，這是由于在低溫環境下給鋰電池充電，會導致鋰離子在負極析出，長出白色的鋰晶體，即鋰枝晶。

　　此外，隨著鋰電池使用時間增加，形如樹杈的鋰枝晶會不斷生長，降低電池容量。一旦鋰枝晶尖銳的“枝頭”刺穿隔膜，就會使正負極相連，引發短路，導致電池劇烈升溫、起火甚至爆炸。同時，電池老化、充電不當等也可能導致鋰枝晶的產生。

　　鋰電池燃燒速度之快，往往讓人措手不及。鋰電池起火30秒后，火焰溫度就會升至300攝氏度，點燃電動自行車上諸多塑料部件，釋放出一氧化碳、硫化物等大量有毒有害氣體。人吸入這些氣體后，數十秒便可出現頭暈、惡心等癥狀。幾分鐘后，大火便會包裹整個車身，釋放出更多有毒氣體。

　　那么，鉛酸電池就絕對安全嗎?答案是否定的。

　　雖然鉛酸電池本身自燃或爆炸的可能性非常小，但由充電不當或車輛老化等導致的電池連接線自燃等也會使車輛起火。

　　浙江綠源電動車有限公司總裁倪捷將電動自行車的火災事故分為4類。一是戶外充電時，插線板等起火導致鄰近的電動自行車燃燒。二是在國家標準《電動自行車安全技術規范》實施前生產的或老化的電動自行車，在充電過程中起火燃燒。第三類是使用者為了增加續航里程和配速自行改裝電池，導致充電器和電池不適配、電池擠壓連接線，在充電過程中發生意外。第四類則是車輛和電池在設計和制造上存在安全隱患，導致起火事故。

　　替代產品正在加快研制

　　短路是導致鋰電池起火的重要原因，往往與電池內隔膜被穿透有關。隔膜是一種具有微孔結構的薄膜，既能隔開鋰電池的正負極，防止正負極接觸形成短路，又可確保鋰離子通過，形成充放電回路。

　　不過，傳統隔膜材料性能存在短板，較易被鋰枝晶穿透造成短路，因此越來越多的廠商開始給隔膜涂上“保護層”。例如，將以氧化鋁為主要成分的無機陶瓷粉涂在隔膜表面，形成陶瓷涂層。陶瓷涂層具有良好的熱穩定性，可以有效防止隔膜在高溫下收縮。

　　除了在原有鋰電池上“修修補補”，科學家還開始用其他材料制作電池。固態電池、鈉離子電池等新型電池的研發應用被認為有望“一勞永逸”地解決鋰電池的易燃難題。

　　固態電池用固體電解質替代傳統鋰電池中的電解液，大大降低了電池熱失控風險，在安全性上有根本性的提高。華中科技大學材料科學與工程學院教授黃云輝說，固態電池在技術上具有顯著優勢。一方面，鋰枝晶在固態電解質中生長速度緩慢且難刺透隔膜，避免鋰枝晶生長造成短路;另一方面，固態電解質熱穩定性強，避免了隔膜變化造成的短路問題。除此之外，固態電解質的可燃性較差，不易在高溫下發生劇烈燃燒和爆炸。目前，固態電池相關技術已在實驗室中得到驗證，正朝著應用方向加快推進。

　　近年來，科學家還在加快研發以鈉為主要電解質材料的鈉離子電池。與鋰電池相比，鈉離子電池具有更寬的溫度范圍適應性，能夠在零下40攝氏度下保持70%容量，在80攝氏度高溫下也可以使用。同時，由于鈉離子電池內部電阻較高，短路情況下瞬間發熱量小、升溫較少，因此在理論上鈉離子電池比鋰電池有更高的安全性。此外，將鈉離子電池技術與固態電池技術相結合的固態鈉離子電池也已在實驗室中初步研制成功，未來電池的安全性有望得到進一步提升。

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　　牢記使用要點 防止意外發生

　　最近天氣逐漸轉暖，選擇電動自行車出行的人越來越多。以下安全使用電動自行車的要點，請務必記牢，防止意外發生。

　　充電是使用電動自行車時最易產生安全風險的環節之一。電動自行車在充電時電池會升溫產生熱量，并且充電器、電線存在短路風險。因此使用者在給電動自行車充電時一定要注意將車置于陰涼通風處，嚴禁在室內等空間狹小、密閉處充電，也應杜絕從高樓層家中牽引“飛線”進行充電。

　　除此之外，充電時車輛四周不能堆放易燃物品，并且最好與其他車輛之間保持適當安全距離。充電時間原則上不應超過10個小時，充滿電后應及時拔掉電源。如果長時間不使用電動自行車，則需要將電池拆下來，與車身分離，防止長時間不使用導致線路老化、短路。

　　許多電動自行車車主在騎行過程中一旦發現電池電量不足，到達目的地后就會馬上給車充電。事實上，這種行為存在一定安全隱患。電動自行車在行駛過程中會消耗電能，此時電池溫度較高。如果在盛夏時節對剛剛長時間使用的電池進行充電，會導致電池溫度一路走高，超過熱失控臨界點，產生危險。因此，建議用戶在行駛后，先將電池在陰涼處放置一兩個小時后再進行充電。

　　電動自行車電池隨著使用時間的增加，性能會出現不同程度的下降，如續航里程減少等。用戶此時不應自行改裝、更換來路不明的電池。尤其不應擅自更換或改裝電動自行車的電路、電機設備等部件，部分未經安全認證的設備組件極易引發安全事故。用戶如有電池更換、保養的需求，應到相關品牌的正規售后門店，由專業人員對電動自行車電池及組件進行操作。

　　來源：科技日報 記者 都 芃