锂离子电池爆炸首次被实时“追踪”

理解锂离子电池为何会爆炸以及其潜在危险连锁反应，对增强其安全使用和完善运输过程的设计非常重要。每年，数以亿计的可充电电池都会被生产并运输到指定位置，它们是为代表现代生活的手机、电脑、汽车和飞机提供电力不可或缺的一部分。尽管电池爆炸很少见，但是今年早些时候，三家航空公司宣称他们将不再允许货仓中携带锂离子电池，因为美国联邦航空管理局测试发现，电池可能导致过热甚至引发重大火灾。

伦敦大学学院、欧洲同步辐射实验室、伦敦帝国理工大学和英国国家物理实验室对此共同研究的成果，发表在29日出版的《自然通信》杂志上，第一次实时演示了锂离子电池内部结构损坏变化过程。

论文第一作者、伦敦大学学院化学工程博士生多纳尔·法恩说：“我们将两种不同类型的锂离子电池暴露于异常高的温度中，结合高能加速器X射线和热成像技术，对电池内部结构和外部温度变化进行成像。借助光子高通量快速成像探测仪，其捕捉三维图像的速度可达几分之一秒，我们拍摄了电池过热并点燃的‘热失控’瞬间。”

研究小组考察了在将两块商用锂离子电池暴露于超过250摄氏度的环境中时，气孔形成、通风和增加的温度对其内部层结构的影响。

结果显示，电池内部支持结构在“热失控”之前一直保持完好，但就在“热失控”爆发的瞬间，内部的铜材料融化导致温度升高至1000摄氏度。热量从内部传递到外部直接导致了“热失控”。

相反，没有内部支持结构的电池在爆炸瞬间导致整个电池外壳与内部分离，在“热失控”之前，紧密连接的电池核心也崩溃了，增加了内部短路和损毁附近物体的风险。

此前，科研人员使用的X射线计算机断层扫描(CT)只能用静态图像分析电池失效机理，在正常工作条件下监测电池变化。

论文另一作者保尔·希尔润说：“尽管我们只研究了两块商用电池，但结果显示这种实时追踪电池损毁三维图像的方法多么有用。希望通过使用我们的方法，电池安全性能的设计能力可以被评估和改进。”

研究人员计划研究更多电池样本，并探寻导致电池大面积失效的微观层面原因。

总编辑圈点

相比锂离子电池庞大的使用量，爆炸只是小概率事件，但却给它带来了“定时炸弹”的恶名。发热甚至爆炸是锂离子电池一个挥之不去的阴影。随着电动汽车等发展，对大型锂离子电池组的使用越来越多，更是放大了单块电池的安全隐患，如某著名品牌电动车就多次发生电池起火事件。这将影响锂离子电池的应用，甚至产业的寿命和更迭：是改变现有设计消除安全隐患，还是寻找新的替代材料，成为一场与时间赛跑的游戏，成功取决于哪种方案有更快的研发速度。