电动车起火，为什么无法扑灭？

电池安全性分析

随着锂离子电池变得无处不在，其安全风险越来越受到公众关注。虽然电动汽车起火的概率远低于内燃机汽车(电池起火)，一旦锂离子电池起火，扑灭火焰可能会很困难。传统液态电解质锂离子电池的火灾风险引起了更多的关注：锂离子电池不能放在飞机的托运行李中(电池起火)；电池驱动的滑板车越来越多地被禁止在公共交通工具上使用(电池起火)；电动汽车电池甚至被认为是货船上几次高调火灾的罪魁祸首(电池起火)。显然，即使是制作良好的传统锂离子电池也有很大的改进空间。

为什么传统锂离子电池具有危险性？

火灾需要三个元素：热量、氧气和燃料来源，这一概念被称为火灾三角。想象一下一个打火机：按下打火轮，通过钢和燧石之间的摩擦产生火花，这是一种局部的高温点。你的拇指按在按钮上，释放出有机烃燃料（在这种情况下是丁烷气体），这种气体被燧石火花加热到燃点。周围的空气提供了氧气，使初始火花燃烧丁烷，从而释放更多的热能，这将燃烧更多的丁烷，形成自持反应。只要有更多的燃料和氧气供应，火焰就会持续燃烧。松开按钮，你就切断了燃料的供应；用水扑灭火焰，你就剥夺了它的氧气，使反应窒息。

锂离子电池的起火过程与打火机非常相似，但有一个重要区别。首先，一个完全充电的电池在阳极和阴极之间具有很强的电势。如果电池有缺陷，如错位或金属碎片，它可能在电池内造成短路，从而产生局部热点，类似于打火机的火花。电池内部还有液态电解质，通常是一种有机烃，化学性质与打火机中的丁烷非常相似，是潜在的燃料来源。

锂离子电池与打火机的关键区别在于：在高能量电池中，阴极活性材料通常是金属氧化物，如镍锰钴氧化物（NMC）。这意味着电池含有自己的氧气，不需要从周围的空气中获取氧气来维持燃烧。因此，当传统电池短路时，结果是难以扑灭的火灾，因为用水扑灭并不能使反应窒息。当短路产生的热量使液态电解质与金属氧化物阴极发生反应时，火灾开始消耗电池中的燃料：液态电解质、聚合物隔膜，甚至石墨阳极材料都可以燃烧。随着反应完全自持，电池进入热失控状态。

在智能手机等小设备中的单个电池发生热失控已经非常危险，但当电池紧密排列在一个大电池组中时，问题会加剧。一节电池单元的火灾产生的热量可能足以使邻近的电池单元进入热失控状态，而不需要内部短路或火花。这种从一个电池单元蔓延到整个电池组的链式反应被称为热传播。

如何制造更安全的电池？

业内部分人认为，制造具有更好性能和提高安全性的电池的最佳方法是用不可燃的固态电解质材料替换易燃的液态电解质和聚合物隔膜。通过减少电池单元中的潜在燃料，可以降低火灾风险，就像打火机中的丁烷耗尽后停止工作一样。

然而，电池安全是一个高度复杂的问题，许多不同的因素可能以不可预测的方式相互作用。一种电池在理论上可能更安全，但这必须通过广泛的测试来证明；没有单一的测试可以证明电池是安全的。

LFP电池的安全性

一个关于电池安全的常见误解是锂铁磷酸盐（LFP）电池不会着火。确实，LFP电池的安全性比基于NMC的电池略好一些；铁磷酸盐阴极材料含有氧气，但这些氧气被困在更稳定的化学键中。这意味着LFP电池可以在更高的温度下避免热失控。然而，LFP电池仍然包含与任何其他传统锂离子电池相同的燃料（液态电解质、聚合物隔膜和石墨阳极材料），且阴极中仍有氧源。事实上，LFP电池在暴露于约200°C的高温时也会经历热失控(电池起火)。此外，LFP电池还需要做出其他权衡，例如牺牲能量密度，从而影响车辆的续航里程。