手機變火機？為什么鋰電池易燃易爆還要用它！

你的手機也這樣嗎：刷了十分鐘視頻，手機溫熱；玩了一局游戲，感覺能煎蛋；邊充邊玩，更是燙得讓人心慌……摸著那塊滾燙的玻璃和金屬，伴隨著電量噌噌往下掉，不禁令人擔憂——這么燙，這電池不會是要炸了吧？

燙燙燙！

其實絕大多數時候，真正發燒的是手機高速運轉的處理器，它也不會真的爆炸。

但為什么我們一感覺到燙，第一反應總是“電池要炸了”？為什么鋰電池“易燃易爆”的印象，會深深刻在我們的直覺里？而我們又為什么離不開它？

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看一看，手機里面有什么？

1F 材料魔方展區

它們里面有什么

鋰電池里有些啥？

研究電池爆炸之前，首先我們要熟悉它的結構：

以手機電池常用的三元鋰電池為例，電池主要由正極（鎳鈷錳酸鋰）、有機電解液、負極（石墨）和隔膜組成。

當然，這里面并沒有那種會和水噼里啪啦反應的金屬鋰。

鋰電池結構及充放電過程示意 來源：作者

電池的充放電過程，對應了電池中各個材料界面中發生的種種氧化還原反應。這些化學反應在可控的情況下，可以產生穩定的電流和電壓，滿足我們日常生活娛樂中的用電需求。

不過，一旦這些化學反應失去控制，危險便一觸即發。

組裝一顆鋰離子小炸彈......？

鋰電池有著市面上各類電池中最高的單體工作電壓、能量密度、功率密度和最輕的重量。這樣高性能的背后是對電池材料的極致探索。而就像硬幣有兩面，鋰電池性能的提高也伴隨著安全余量的削減。

從電解液說起，鋰電池常用碳酸酯類有機電解液。它可以提供穩定的高電壓窗口，支撐手機的運行性能和處理速度。

各種電解液體系的電化學窗口，有機溶劑的電壓窗口遠高于水 來源：參考文獻[3]

同樣的，鎳鈷錳酸鋰正極和石墨負極也通過“超級能裝”的層狀空間結構，給鋰電池帶來了高容量的優勢，從而使你的設備輕便小巧。

層狀結構的富鋰錳基正極的電鏡照片（左）和對應的結構示意圖（右），其中黃色小球是嵌入電極層間的鋰離子 來源：參考文獻[4]

當這些精挑細選的材料被壓縮、封裝到一起，便誕生了鋰電池這般優秀的信息時代“最強輔助”。然而，有機電解液極其易燃，正極材料遇熱分解會釋放氧氣。這樣一來我們在小小的鋰電池中便輕松集齊了燃燒三要素的兩項，距離電池爆炸僅僅一步之遙。

當然，一般來說，玩游戲導致的處理器發熱是遠遠到不了點火溫度的。

燃燒三要素：可燃物、助燃劑、熱源 來源：版權圖庫

鋰電池中另外一個關鍵材料是電池隔膜。它負責隔開正負極，是電池中的各個化學反應得以可控運行的堅實支撐。電池隔膜的材料需要極其輕薄，這樣電池中的離子才能快速來回穿梭，實現快充功能。

但是，和塑料袋一樣薄的隔膜也非常脆弱，當電池老化或者外界環境極其惡劣的時候，隔膜可能會破損。于是，正負極在電池內部頂峰相見，發生短路劇烈放熱。我們也集齊了所有燃燒要素，獲得一塊鋰離子炸彈。

鋰電池燃燒實驗，隨時間變化的多級燃燒 來源：參考文獻[5]

誰來救救我的電池？

不過，大可不必擔心，科學家和工程師們也早就考慮到了這一點。

針對我們提到的這些安全隱患，科學家在脆弱環節上打了許多補丁。例如，在電解液中加入特殊阻燃劑，提高它的燃點；在電極表面構筑穩固的保護層（SEI），延緩枝晶的生長；用陶瓷涂覆在隔膜上，提升它的強度。

同時，從工程的角度，一個合格的鋰電設備，還涉及復雜電池管理系統（Battery Management System,BMS）。它是鋰電池的管家，實時監控鋰電池的工作狀態。一旦電壓、電流、溫度任意一項指標出現異常，立即降頻、限流甚至斷電。

手機高溫提示警報 來源：版權圖庫

而對于更大型的電動汽車動力電池來說，數千倍于手機的容量和復雜的電芯結構也擴大了其風險，除了復雜的BMS，它還擁有堅固的物理防護結構、先進的液冷散熱系統和精準的泄壓防爆閥，以應對極端情況。

電池的智能管家BMS

在不合格的鋰電池產品或者非法改裝的鋰電池電器中，往往缺失了BMS系統的保護。裸奔的電芯也讓它們成為了“自燃”“爆炸”等電池事故的重災區，給大家留下了“鋰電池炸彈”的壞印象。

當然啦，這些設計是極端條件下的最后一道安全防線，我們使用者才是最重要的第一道防線。電池的健康離不開日常的好習慣：挑選合格的電子產品，使用官配的充電器，盡量不要過充過放，盡量遠離高溫環境，發現電池鼓包就盡快更換。

倒也不是非“鋰”不可

鋰電池作為今日輕便、高效的儲能形式，是工程師和科學家們在安全和性能間探索出的最佳平衡點。每一次技術的進步，都是在不打破這個脆弱平衡的前提下，將安全的邊界向外推進一點點。

然而探索從不會停止。

如果有機電解液可燃，那就尋找不可燃的替代品，便有了采用固態電解質的新一代固態電池。如果規模與安全性壓倒一切，那么液流電池便以“能量水庫”的形態，成為電網側儲能的理想候選。雖然未能來得及走進千家萬戶，它們卻為能源存儲的多樣化未來指明了方向。

固態電池結構和普通鋰離子電池類似，固態的電解質起到了電解液和隔膜的作用 來源：參考文獻[6]

從太陽火種到蒸汽機，我們已經歷許多，能源也以形態定義著文明的高度。

今天，驅動我們世界的能量從煤炭的燃燒、水流的奔騰、陽光的照射、風的流轉、原子的裂變中而來……這些多元的發電與儲能單元，共同繪就了關于能量從何而來、去往何處、如何安放的未來藍圖。

參考文獻

[1]Wan, H., Xu, J. & Wang, C. Designing electrolytes and interphases for high-energy lithium batteries. Nat. Rev. Chem. 8, 30–44 (2024). https://doi.org/10.1038/s41570-023-00557-z

[2]Xu, C., Peng, B., Yang, W., Tian, J. & Zhou, H. High energy density lithium battery systems: from key cathode materials to pouch cell design. Chem. Soc. Rev.54, 10245-10303 (2025). https://doi.org/10.1039/D5CS00641D

[3]Xie, J., Liang, Z. & Lu, YC. Molecular crowding electrolytes for high-voltage aqueous batteries. Nat. Mater. 19, 1006–1011 (2020). https://doi.org/10.1038/s41563-020-0667-y

[4]Yang, T., Yang, M., Huang, Z. et al. Twinning mediated intralayer frustration governs structural degradation in layered Li-rich oxide cathode. Nat Commun 16, 6589 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61386-w

[5]Wang, Q., Mao, B., Stoliarov, S. I. & Sun, J. A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies. Prog. Energy Combust. Sci.73, 95–131 (2019). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.03.002

[6]Dutra, A. C. C. et al. Understanding solid-state battery electrolytes using atomistic modelling and machine learning. Nat. Rev. Mater.10, 566–583 (2025). https://doi.org/10.1038/s41578-025-00817-y

來源：上海科技館

編輯：小赫Amyyy

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