【導語】出品：鋰電池安全作者：李瑞（半導體工程師）監製：中國科普博覽電動汽車起火、手機電池和充電寶爆炸等安全隱患，多源於鋰電池熱失控。近日，中國科學院化學研究所團隊開發出“智能氣體管理”技術，通過構建“阻燃界麵”，在熱失控早期主動抑製可燃氣體和氧氣生成，大幅降低爆炸風險。實驗顯示，新技術使極端情況下可燃氣體生成量減少63%，氧氣釋放量降低49%，且與現有工藝高度(dù)兼(jiān)容(róng)，為(wèi)更(gèng)安全的電動時代帶來新希望。

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作者：李瑞（半導體工程師）

監製：中國科普博覽

電動汽車起火的新聞時有耳聞，手機電池和充電寶爆炸的事故也偶有發生。這些令人擔憂的安全隱患，都指向同一個問題——鋰電池的熱失控。當鋰電池內部溫度(dù)異(yì)常(cháng)升(shēng)高(gāo)時(shí)，可(kě)能(néng)引(yǐn)發連鎖反應，導致起火甚至爆炸。如何讓高能量密度的鋰電池變得更安全，一直是科學家們努力攻克的難題。

最近，中國科(kē)學(xué)院(yuàn)化(huà)學(xué)研(yán)究(jiū)所(suǒ)的(de)研(yán)究(jiū)團(tuán)隊(duì)傳(chuán)來(lái)好(hǎo)消(xiāo)息(xi)：他(tā)們(men)成(chéng)功(gōng)開(kāi)發(fā)出(chū)一(yī)種(zhǒng)“智(zhì)能(néng)氣(qì)體(tǐ)管(guǎn)理(lǐ)”技(jì)術(shù)，就像給電池裝上了內置的“滅火器”，能在危險發生之前主動出擊，將火災扼殺在搖籃裏。這項研究，被國際科技媒體《新科學家》（New Scientist）專題報道，引起了全球科學界的廣泛關注。

鋰電池為什麽會“發火”？

要理解這項(xiàng)技(jì)術(shù)的(de)創新之處，糖心免费视频先要了解鋰電池“發火”的原因。

鋰金屬電池雖然能量密度高，可突破500 Wh/kg（瓦時每千克），是未來電動汽車和儲能電站的理想選擇，但它也麵臨著嚴峻的安全挑戰。當電池溫度升高到200攝氏度時，正極材料會分解並釋放氧氣。與此同時，金屬鋰負極與電解液反應，產生氫氣、甲烷等可燃氣體。想象一下，在電池這個密閉的“小房間”裏，氧氣和可燃氣體相遇，就像火上澆油，極易引發劇烈反應，導致電池熱失控甚至爆炸。

更糟糕的是，這些氣體的積聚會造成電池內部壓力急劇升高，最終導致電池外殼破裂。一旦破裂，內部的高溫氣體與空氣接觸，同樣會發生劇烈燃燒，溫度可高達1000攝氏度以上。

皇家化學會在牛津大學設置的藍色牌匾，紀念古迪納夫等人在此發現鋰離子電池的正極材質鈷酸鋰

（圖片來源：維基百科 Kastrel）

巧妙的“阻燃界麵”設計

麵對這一挑戰，中國科學院化學研究所的白春禮院士、郭玉國研究員和張瑩副研究員團隊，提出了一個巧妙的解決方案——在電池正極內部構建“阻燃界麵”（FRI）。

這個設計的精妙之處在於它的“智能響應”機製。研究人員在正極材料中加入了一種特殊的含磷聚合物。平時，這種聚合物安(ān)靜(jìng)地(de)待(dài)在(zài)正(zhèng)極(jí)裏(lǐ)，不(bù)影(yǐng)響(xiǎng)電(diàn)池(chí)的(de)正(zhèng)常(cháng)工(gōng)作(zuò)。但(dàn)當(dāng)電(diàn)池(chí)溫(wēn)度(dù)升(shēng)高(gāo)到(dào)100攝(shè)氏(shì)度(dù)時(shí)（這(zhè)是(shì)熱(rè)失(shī)控(kòng)的(de)早(zǎo)期(qī)階(jiē)段(duàn)），聚(jù)合(hé)物(wù)就(jiù)會自動分解，釋放出含磷自由基。

這些自由基就像訓練有素的“消防員”，迅速撲向“火源”：它們能夠“捕獲”電解液熱分解產生的活性基團（如H·、CH·等），阻止可燃氣體的生成。還可以同時抑製正極釋放氧氣，從源頭切斷“助燃劑”的供應。

實驗數據顯示，采用(yòng)這(zhè)種(zhǒng)技(jì)術(shù)後(hòu)，鋰(lǐ)電(diàn)池(chí)工(gōng)作(zuò)在(zài)極(jí)端(duān)情(qíng)況(kuàng)時(shí)可(kě)燃(rán)氣(qì)體的生成量減少了63%，氧氣釋放量降低了49%。這就像同時關閉了“燃料閥”和“氧氣閥”，讓爆炸失去了必要條件。

智能氣體管理策略工作機製示意圖

（圖片來源：參考文獻[1])

光有理論還不夠，實際效果是關鍵

研究團隊製作了0.6 Ah（安時）的鋰金屬軟包電池進行測試，結果令人振奮。

在熱濫用（指電池暴露在異常高溫環境下的情況）測試中，普通電池的熱失控峰值溫度高達1038攝氏度，升溫速率達到驚人的每分鍾4萬攝氏度。這種爆炸式的溫升，幾乎在瞬間就會引發災難性後果。

而采用新技術的電池表現如何呢？熱失控峰值溫度僅為220攝氏度，升溫速率更是降低了40000倍！更重要的是，電池沒有發生爆炸，隻是輕微鼓脹。這種溫和的失效模式，給了人們足夠的時間采取應急措施。

氣體分析的結果同樣令人印象深刻。在普通電池產生的氣體中，可燃氣體占比高達62%，而新技術電池中這一比例降至19%。取而代之的是相對安全的二氧化碳，其占比從38%提升到61%。這種氣體成分的改變，大大降低了爆炸風險。

多重防護的“智能”特性

這項技術最令人稱道的是它的“智能”特性。它不是簡單(dān)地(de)添(tiān)加(jiā)阻(zǔ)燃(rán)劑(jì)，而(ér)是(shì)構(gòu)建(jiàn)了(le)一(yī)個(gè)能(néng)夠(gòu)主動(dòng)響(xiǎng)應(yīng)溫(wēn)度(dù)變(biàn)化(huà)的(de)防(fáng)護(hù)係(xì)統(tǒng)。

當(dāng)電(diàn)池正常工作時，阻燃聚合物安分守己，不影響電池性能。隻有當檢測到異常升溫時，它才會“蘇醒“並采取行動。這種“按需激活”的特性，既保證了安全性，又不犧牲電池的電化學性能。

實驗證明，采用新技術的電池在200次循環後仍能保持80%的容量，表現出良好的循環穩定性。這意味著，安全性的提升並沒有以犧牲性能為代價。

更廣闊的應用前景

這項技術的意義不僅在於提高了鋰金屬電池的安全性。研究團隊還將其應用於其他類型的電池係統，包括鋰硫電池，都取得了良好的效果。

更重要的是，這種方法與現有的電池生產工藝高度兼容。製造商隻需要在正極漿料中加入特定的前驅體，經過紫外光固化就能形成阻燃界麵，無需對生產線進行大規模改造。這大大降低了技術推廣的門檻。

在釘刺測試中，采用新技術的電池表麵溫(wēn)度(dù)維(wéi)持(chí)在(zài)32攝(shè)氏(shì)度(dù)以(yǐ)下(xià)；在(zài)過(guò)充(chōng)測(cè)試(shì)中(zhōng)，即(jí)使(shǐ)充(chōng)電(diàn)到(dào)4.8 V（伏(fú)特(tè)），電(diàn)池(chí)也(yě)沒(méi)有(yǒu)出(chū)現(xiàn)明(míng)顯(xiǎn)的(de)溫(wēn)度(dù)上(shàng)升(shēng)。這(zhè)些(xiē)極(jí)端(duān)條(tiáo)件(jiàn)下(xià)的(de)優(yōu)異(yì)表(biǎo)現(xiàn)，充(chōng)分證明了技術的可靠性。

從“被動防護”到“主動管理”

傳統的電池安全策略往往是“被動防護”——通過外部的保護電路、冷卻係統等來應對危險。而這項新技術實現了從“被動”到“主動”的轉變，讓電池具備了自我保護的能力。

這種智能氣體管理策略的核心在於：首先源頭控製，減少危險氣體的產生。其次成分調控，改變氣體組成，降低可燃性。最後壓力緩解，避免因氣體積聚導致的機械破裂。三管齊下，構建了一個立體的安全防護網絡。

這項研究告訴糖心免费视频，解決複雜的工程問題，有時需要跳出傳統思維。與其在電池起火後想辦法滅火，不如從根本上防止起火的發生。這(zhè)種(zhǒng)“防(fáng)患(huàn)於(yú)未(wèi)然(rán)”的(de)思(sī)路，體(tǐ)現(xiàn)了(le)科(kē)學(xué)研(yán)究(jiū)的(de)智(zhì)慧(huì)。同(tóng)時(shí)，這(zhè)項(xiàng)技(jì)術(shù)的(de)成(chéng)功(gōng)也(yě)展(zhǎn)示(shì)了(le)跨(kuà)學(xué)科(kē)合(hé)作(zuò)的(de)重(zhòng)要(yào)性(xìng)——它(tā)融(róng)合(hé)了(le)材(cái)料(liào)科(kē)學(xué)、電(diàn)化學、熱力學(xué)等(děng)多(duō)個(gè)領(lǐng)域的(de)知(zhī)識(shi)，是(shì)典(diǎn)型(xíng)的(de)交(jiāo)叉(chā)創(chuàng)新(xīn)成(chéng)果(guǒ)。

展(zhǎn)望(wàng)未(wèi)來(lái)：更(gèng)安(ān)全的(de)電(diàn)動(dòng)時(shí)代(dài)

隨(suí)著(zhe)電(diàn)動(dòng)汽(qì)車(chē)的(de)普(pǔ)及(jí)和(hé)儲(chǔ)能(néng)需(xū)求(qiú)的(de)增(zēng)長(zhǎng)，電(diàn)池(chí)安(ān)全問(wèn)題(tí)隻(zhǐ)會(huì)變(biàn)得更加重要。這項“智能氣體管理”技術的出現，為解決這一難題提供了新的思路和方法。

雖然從實驗室到大規模商業應用還需要時間，但這項技術已經展現出巨大的潛力。它不僅能讓電動汽車更安全，也能讓糖心免费视频日常使用的各種電子設備更加可靠。

當“裏程焦慮”逐漸被“充電焦慮”取代時，“安全焦慮”可能成為阻礙電動汽車普及的最後一道坎。中國科學家的這項創新，正在為跨越這道坎鋪平道路。

在不久的將來，當糖心免费视频駕駛電動汽車出行，或是使用各種便攜式電子設備時，可以更加安心——因為有“內置滅火器”在默默守護著糖心免费视频的安全。科技的進步，就是這樣悄無聲息地改變著糖心免费视频的生活，讓美好的未來一步步成為現實。

電動車的底盤實體剖麵，露出其中的電池。

（圖片來源：維基百科 Tennen-Gas）

參考文獻：

[1]Guo J-C, et al. “A fire-safe Li metal battery via smart gas management.” Proceedings of the National Academy of Sciences 122.29 (2025): e2501549122.