在当今的电子时代，可充电锂离子电池无处不在。与主导电池市场数十年的铅酸电池相比，锂离子电池充电速度更快，在同等重量下储存更多能量。
这些设备使我们的电子产品和电动汽车更轻、更耐用，但它们也有缺点。它们含有大量的能量，如果它们着火了，它们就会燃烧，直到所有储存的能量都被释放出来。巨大能量的突然释放可能导致爆炸，威胁生命和财产安全。
作为研究能源产生、储存和转换以及汽车工程的科学家，我们对开发高能量和安全的电池有着浓厚的兴趣。我们看到了令人鼓舞的迹象，电池制造商正在朝着解决这一重大技术问题的方向取得进展。
城市交通正经历着向电气化的转型。随着世界各地城市对气候变化和空气质量的担忧日益加剧，电动汽车已经成为人们关注的焦点。
与此同时，电动自行车和电动滑板车正在通过提供方便、低碳的方式来穿越拥挤的街道，减少交通拥堵，从而改变城市交通。从2010年到2022年，租赁网络拥有的共享电动自行车和电动滑板车在美国城市的出行次数超过了5亿次。私人拥有的电动自行车增加了这一数字:2021年，美国销售了超过88万辆电动自行车，而电动汽车和卡车的销量为60.8万辆。
在汽车火灾中，电池驱动的汽车只占一小部分，但控制电动汽车火灾很困难。通常情况下，电动汽车的燃烧温度约为5000华氏度(2760摄氏度)，而汽油动力汽车的燃烧温度为1500华氏度(815摄氏度)。扑灭一辆燃烧的汽油动力汽车需要大约2000加仑的水;扑灭一辆电动汽车的火灾可能需要10倍以上的时间。
在电动汽车普及的大城市，这是一个主要问题。纽约市和旧金山的消防部门报告称，自2019年以来，他们处理了660多起涉及锂离子电池的火灾。在纽约市，从2021年到2023年初，这些火灾造成12人死亡，260多人受伤。显然，需要更安全的操作和充电方法，以及电池的技术改进。
要了解锂离子电池火灾，了解一些基础知识是很重要的。电池中含有能量的化学物质，在正极和负极之间有一个隔板。它的工作原理是将这种能量转化为电能。
电池的两个电极被电解质包围，电解质是一种允许电荷在两个终端之间流动的物质。例如，在锂离子电池中，锂离子携带电荷。当设备连接到电池上时，电极上发生化学反应，并在外部电路中产生电子流，为设备供电。
手机和数码相机可以使用一块电池，但电动汽车需要更多的能量和动力。根据设计的不同，一辆电动汽车可能包含数十到数千个单体电池，这些电池被称为电池。细胞以称为模块的集合聚集在一起，这些模块又以包的形式组装在一起。一辆标准的电动汽车将包含一个大电池组，里面有许多电池。
通常情况下，电池火灾始于较大电池组中的单个电池。电池着火的主要原因有三个:机械伤害，如车辆碰撞时压碎或穿透;外部或内部短路造成的电气危害;或过热。
电池短路可能是由错误的外部处理或电池内部不必要的化学反应引起的。当锂离子电池充电太快时，化学反应会在电池的阳极(带负电荷的电极)上产生非常锋利的锂针，称为树突。最终，它们穿透隔膜到达另一个电极，使电池内部短路。
这种短路将电池加热到212华氏度(100摄氏度)以上。电池的温度一开始缓慢上升，然后突然上升，在大约一秒钟内达到峰值。
另一个使锂离子电池火灾难以处理的因素是氧气的产生。当电池阴极或带正电的电极中的金属氧化物被加热时，它们会分解并释放氧气。火需要氧气才能燃烧，所以能制造氧气的电池可以维持火势。
由于电解质的性质，锂离子电池温度每升高20%，就会导致一些不必要的化学反应发生得更快，从而释放出过多的热量。这些多余的热量增加了电池的温度，从而加速了反应。电池温度的升高提高了反应速率，产生了一个称为热失控的过程。当这种情况发生时，电池的温度可以在一秒钟内从212华氏度(100摄氏度)上升到1800华氏度(1000摄氏度)。
保证电池安全的方法可以从电池外部和内部两个方面来考虑。外部保护通常包括使用电子设备，如温度传感器和压力阀，以确保电池不会受到可能导致事故的热或力的影响。
然而，这些机制使电池更大更重，这可能会降低其供电设备的性能。在极端的温度或压力下，比如车祸中产生的压力，它们可能不可靠。
内部保护策略侧重于为电池组件使用本质安全材料。这种方法提供了从源头解决潜在危险的机会。
减少电池组的热失控需要软件和硬件的综合改进。科学家们正在努力开发阴极，使其在分解时释放的氧气更少;不燃烧的电解质;固态电解质，不会着火，也有助于减缓枝晶的生长;以及能够承受高温而不熔化的分离器。
另一种解决方案已经投入使用:电池管理系统。这些是内置在电池组中的硬件和软件包，可以监控重要的电池参数，如充电状态、内部压力和电池组中电池的温度。
就像医生根据病人的症状来诊断和治疗他们的疾病一样，电池管理系统可以诊断电池组内部的状况，并自主决定关闭有热点的电池，或者改变负载分布，使任何一个电池都不会太热。
电池化学成分正在迅速发展，因此新的设计将需要新的电池管理系统。许多电池生产商正在建立合作伙伴关系，将具有互补电池专业知识的制造商聚集在一起，以应对这一挑战。
用户还可以采取措施最大限度地提高安全性。使用制造商推荐的充电设备和插座，避免过度充电或让电动汽车插上电源过夜。定期检查电池是否有损坏或过热的迹象。将车辆停放在远离极热或极冷的环境中，例如，在热浪期间停放在阴凉处，以防止对电池产生热应力。
最后，如果发生涉及电动汽车的碰撞或事故，请遵循制造商的安全协议，并在可能的情况下断开电池，以尽量减少火灾或触电的风险。由The Conversation提供
本文转载自The Co在知识共享许可下的对话。阅读原文。
引用锂离子电池火灾是一个日益严重的公共安全问题。以下是如何降低风险(2023年，9月26日)2023年9月29日从https://techxplore.com/news/2023-09-lithium-ion-battery-safety.html获取
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