电动汽车电池燃烧时会发生什么？

当电动汽车电池燃烧时，通常是由于一种称为“热失控”的现象造成的。 简而言之，这是一种连锁反应，当电池中的电池由于某种原因过热时开始，通常是由于外部物理损坏、过热或过度充电（称为“外部伤害”）。 有时，它可能是由内部问题触发的，例如制造缺陷或电池内部短路（称为“内部担忧”）。

电动汽车电池燃烧尤其令人担忧，因为与传统内燃机汽车不同，电动汽车中的电池通常会贯穿整车。 一旦电动汽车电池组中的一个电池着火，热量就会导致附近的电池也着火，从而导致连锁反应，迅速吞噬整个电池组，甚至可能吞噬整个车辆。

使问题更加复杂的是，当今电动汽车中最常见的电池类型，即锂离子电池，含有易燃有机液体电解质。 这使得这些电池在损坏或处理不当时更容易着火和爆炸。 此外，还存在一种称为“锂枝晶”的特定风险，它们是充电过程中在阳极上形成的微小针状突起。 如果这些枝晶长得足够大，它们就会刺穿隔膜，导致短路，并可能导致热失控情况。

因此，电池结构的完整性和隔膜的质量是确保电动汽车电池安全的关键因素。 因此，优质电池在出厂前都会经过各种压力测试，其中包括模拟正负极和隔膜同时损坏而导致短路的“击穿”测试。

尽管如此，值得注意的是，电动汽车的热失控相对较少，许多制造商、研究人员和机构正在努力工作，以进一步提高这些电池的安全性。 一种方法是开发固态电池，用不易燃的固体电解质取代易燃的液体电解质。 然而，截至2023年，这些电池仍大部分处于研发阶段。

2023年8月上旬，一辆蔚来ESXNUMX在中国浙江与路柱相撞，几秒钟内起火，夺去了司机的生命。 该事件仍在调查中。 就在几天前，即 XNUMX 月下旬，一辆特斯拉 Model Y 与一辆奥迪轿车在广东东莞发生相撞事故。 特斯拉失去控制，撞上护栏并起火。

再往前退一点，我们发现位于广东江门的蔚来汽车电池更换站着火了。 原因是什么？ 一名蔚来用户的电池经远程确认为受到外力损坏，在返回车站检查时起火。

这些是许多抵制电动汽车 (EV) 的汽油爱好者所想象的噩梦场景，也是最难缓解的场景：电动汽车电池的安全性。 这种担心并非毫无根据； 电动汽车的电池火灾比传统汽车更令人担忧。 例如，电动汽车中的电池集成在整个车辆中，因此在发生火灾时很容易完全燃烧。 更令人不安的是，传统车辆起火通常与交通事故有关，但电动汽车有时会在休息时自燃，这使得这一消息更加引人注目。

这些“热失控”事件的常见原因分为两类：外部威胁和内部担忧。 外部威胁包括机械滥用、热滥用和电气滥用，通常是由于事故、高温、过度充电或放电造成的。 除了交通事故中发生的严重碰撞起火事故外，蔚来汽车还曾在8年报告过ES2019电动车在维修过程中，因底盘碰撞后电池组结构受压导致短路而发生自燃事件。 几乎所有其他中国电动汽车制造商都报告了类似案例。

所谓内忧是多方面的。 目前的锂离子电池主要由正负极、隔膜和电解液组成，存在其独特的危害。 例如，当电池内移动的锂离子积聚在分隔电极的薄膜上，形成锂枝晶时，就会发生锂镀层现象。 这些枝晶会刺穿薄膜，导致短路和快速热量积聚。

因此，电池结构完整性和隔膜质量是电池安全的关键决定因素。 高品质电池在出厂前经过严格的测试，包括“钉刺”测试（尽管并非普遍强制），旨在通过破坏正负极和隔膜的完整性而造成短路。

考虑到这一点，提高安全性的自然途径似乎很明确：用固定、不泄漏、热稳定的固体材料取代易燃有机电解质。 由于其安全性和能量密度，固态电池已成为电池行业路线图中明显的“下一站”。 然而，事实证明，广泛采用的旅程是难以捉摸的。 尽管美国橡树岭国家实验室早在 1990 年就制造出了第一个固态电池，但始终存在的技术障碍仍然存在。

在固态电池领域，固态电解质材料有聚合物、氧化物和硫化物三种主流体系。 每个都有自己的优点和缺点，并且都必须应对商业化中固有的生产可扩展性和质量控制挑战。

由于目前液态电池的低温性能较差，怀疑论者嘲笑电动汽车在冬季续航里程的减少，而夏季充电时潜在的燃烧风险也令人担忧。 这强调需要一种更安全、更高效的电池来满足所有季节的需求。

利用 3D 打印技术创建复杂固体电解质结构的实验已显示出一些前景。 例如，牛津大学的研究人员利用3D打印构建了三维框架，填充固体电解质，以提高机械强度并防止容易断裂。 同样，美国Sakuu公司使用粘合剂喷射技术将所需的电极材料和固体电解质粉末沉积到基板上，并用液体试剂将它们“固化”。

虽然 3D 打印可以提供一种扩大界面接触面积和控制材料孔隙率的方法，但在将这些实验技术转化为可行的大规模生产解决方案之前，仍然需要克服主要障碍。 平衡性能和成本、实现可扩展性以及维持严格的质量控制标准是迫在眉睫的挑战，使这些有前途的解决方案只能留在实验室而不是在路上。

当我们奔向日益电动化的未来时，固有的风险和对改进安全措施的不断追求使该行业处于不断变化的状态。 尽管面临艰巨的挑战，在不懈的创新和对可持续未来的承诺的推动下，电动汽车行业仍在朝着更安全、更高效的方向前进。 与往常一样，《纽约客》将密切关注这些事态发展，准备对未来的旅程提供见解和分析。