鋰電池是不是危險？

我們無需杞人憂天，但也不能忽視鋰電池存在的安全隱患，你要明白鋰電池為甚么會爆炸，這就要從知道鋰電池內部結構開始說起了。鋰電池內部同樣有正極、負極，以及之間的隔膜和電解液，早期鋰電池的負極材料是單質鋰，但金屬鋰十分活潑，遇水、氮、酸或氧化劑有起火和爆炸危險，尤其到了可充電的二次鋰電池時期，反復的充放電使得粉狀鋰單質越積越多，充電過程中可能形成的鋰晶體結成枝狀，引起電池內部短路，最終導致起火或爆炸。

放棄鋰元素不可能，因為它有著最小的密度和最大的電負性，具有極高的比能量，是目前制作電池的上佳之選。要處理鋰的不穩定性，今天我們使用的鋰電池中采用了最有效的處理方法放棄使用鋰單質，核心部分采用更穩定的鋰離子以及鋰嵌合物。如今的鋰電池中，正極可以是不同類型的鋰化合物，負極緊要是層狀結構的石墨類物質，用于嵌入帶正電的鋰離子。在充電時，正極部分的鋰離子離開含鋰化合物，最終嵌入負極的層狀結構里；在放電時，鋰離子離開負極，通并結合在正極的化合物中。正負極間的隔膜即可戒備短路，而且在特殊情況下可以封閉離子通道，加上沒有鋰單質的參與，充放電過程都變得安全多了。在以下的說明中，我們所指的鋰電池均為鋰電池（加粗）。

在智能手機等小型數碼產品中，廠家還會使用更先進的鋰聚合物電池（圖02）。這種鋰電池使用高分子材料，目前緊要使用在電解質和正極上，由于電解質為固體或膠狀，無需使用隔膜，戒備了因其失效導致的壽命或安全問題。鋰聚合物電池即使出現故障，通常也僅是電池鼓脹、失效，嚴重時會起火燃燒并放出大量煙霧，但一般不會爆炸。鋰聚合物電池還有良好的可塑性，可依據要求制作成各種形狀，理論上的最小厚度僅為0.5mm。

●設計上的安全措施

只在材料上做出改進不能完全戒備危險，譬如電池充電電壓高于4.2V后仍堅持持續加壓，電池就會被過度充電，此時負極的層狀結構無法存儲更多鋰離子，后續鋰離子會堆積在負極材料表面，獲得電子后，向正極方形成樹枝狀結晶，它們會刺透隔膜，使正負極短路，同時電解液因高溫而被電解，出現氣體，電芯內部壓力升高，最終導致起火燃燒甚至爆炸。同樣倘若過度放電，也會對負極造成不可逆的損傷，影響電池充電量與壽命。除了電壓之外，充電電流過大也會令鋰離子來不及進入負極層狀結構，與過度充電類似，鋰離子會大量堆積在負極材料表面，有可能導致短路，電池外殼破碎甚至會爆炸。

總結下來，導致鋰電池爆炸的筆直原由是短路，短路一般又是由于過度充電或電流過大引起的，而且為了保證電池壽命，設計上也非得嚴防過度放電。于是電池廠家在設計產品時都加入了一些防護措施，包括戒備過充過放的保護線路板（圖5），它會測試電池電壓，當到達臨界值時自動封閉充電或放電過程；電池中還有熱敏保險、可恢復保險絲等部件，它們是保護線路板失效后的第二道屏障，會依據溫度情況自動斷開，阻止化學反應的進行；此外，還有用來阻燃的電芯保護殼，電池內部壓力上升到一定數值時自動開啟的安全閥（圖6）；一些公司的電池還會在電解液中加入高分子材料，就算電芯被外力破壞，它也會阻止化學反應的進行，阻隔鋰離子流動，戒備電池過熱爆炸。這些屏障理論上可以保證電池的安全性，就算出現故障也不會傷及使用者。

制造鋰電池時，合格廠家都有嚴格的工序控制。以鋰電池為例，制漿是用專門溶劑與粘合劑與粉末狀的正負極活性物混合，經高速攪拌平均后制作成漿狀的正負極材料；涂膜步驟將漿狀材料平均地涂在金屬箔表面，烘干后分別制成正負極極片；裝配過程中將按正極片、隔膜、負極片、隔膜的順序放好，經過卷繞后制作成電芯，最后經過注入電解液等工序，完成電池的裝配。聽起來簡單，但要保證產品的質量，以上所有過程中有會涉及成百上千個要留意的細節，廠家非得使用優質的原料，擁有可靠的設備和工作環境，并依賴工人細致的操作，最終才能讓電池具有出色的品質。而任何一步出現問題，產出的電池都將成為廢品。另外很緊要的一點是，廠家非得有嚴格的產品測試工序，電池非得通過擠壓、沖擊、震動、電擊、跌落、加熱等一系列探測，確定不會出現燃燒、爆炸、漏液等情況方準許出廠。

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