什么是热失控？我们为何要关注它？

您可能正在用手机或笔记本电脑阅读这篇博客。设备可能没有连接电源，但依然在运行，靠的是电池供电。这块电池很可能是锂离子电池（LIB），与电动滑板车、电动自行车或电动汽车所用的电池类似。随便浏览一下新闻，或者稍微翻阅一下报纸档案，就会发现多起与这类电池故障有关的火灾。

在本篇博客中，我们将走进热失控这个引人入胜却又危险的世界，了解其成因、危害，以及它在当今一些最前沿技术中的存在。我们将简要介绍这一现象如何给化学工业带来挑战、如何塑造立法格局，以及我们如何努力降低与之相关的潜在风险。

热失控是指温度升高使条件发生变化，进而导致温度进一步升高，并可能造成破坏性后果的过程。这种螺旋式升级使该过程得名“失控”，就像雪球从山坡上滚下，越滚越大、越滚越快。

那么，热失控是如何发生的呢？当放热反应能够自我反馈时，就会发生热失控反应。也就是说，反应产生的热量会进一步提高反应周围的温度，从而使反应速率加快。

热失控的潜在危险正在于其自加速特性。一旦开始，这一过程便很难停止；而且由于其物理化学特性，可能导致温度和压力急剧上升。此类过程的后果可能非常严重，包括火灾和爆炸。

化学工业对热失控并不陌生。一些最严重的事故都与此类过程有关，聚合反应和分解反应等某些类型的反应尤其容易发生热失控。

然而，最近在一个完全不同的领域，即电池领域，报告的热失控事件有所增加，尤其是在电动汽车（EV）、电动滑板车和电动自行车中。例如，据英国广播公司（BBC）报道，仅在伦敦市，每两天就会发生一起与电动滑板车或电动自行车有关的火灾，仅一年就增长了 60%。2023 年 7 月，一艘从德国驶往埃及、载有 3000 辆汽车的货船在荷兰海岸附近发生火灾，造成一人死亡、多人受伤，船员被迫撤离。对锂离子电池安全性的日益担忧，促使非政府组织（如 Electrical Safety First）向英国现任政府施压，要求对这类车辆的电池实施强制性第三方认证。

交通运输领域使用的电池中，95% 至 99% 为锂离子电池（LIB）。然而，锂离子电池同样容易发生热失控。电解质位于负极和正极之间，是离子迁移的介质。不过，这种物质通常是一种有机盐，例如碳酸乙烯酯。该分子容易发生分解，产生易燃有机气体并在电池内部积聚，表现为电池变形。与此同时，通常含有金属氧化物（如钴氧化物）的正极也可能发生分解反应，生成氧气。充放电过程释放的热量与积聚的有机气体结合在一起，便构成了引发火灾的“完美配方”。过去几个月，锂离子电池频频登上新闻头条。

锂离子电池并不完美，已报告的火灾事故就是很好的证明。不过，制造商和开发商一直在努力提高电池的安全性，而量热法正是实现这一目标的出色工具。在发生充放电循环的工作条件下测试电池至关重要。同样需要在最坏情况下进行测试，包括电池物理损伤、强制短路和过热。测试条件既应包括放电状态的电池，也应包括满电状态的电池。

加热-等待-搜索（HWS）等应用对于实现这一目标非常有价值。该方法是将电池放入量热仪中。量热仪配有加热器，可逐步升高并保持温度。当达到失控反应的阈值时，设备的温度探头会检测到温度升高（放热）。这就是电池在任何情况下（包括储存期间）都绝不应达到的温度值，以避免危险发生。

除测试外，为电池配备能够防止严重失效的手段也至关重要。最常用的方法之一是使用隔膜。在锂离子电池中，隔膜是负极和正极之间的物理屏障，但允许锂离子通过。当电池过热、存在热失控风险时，隔膜会发生变化，阻止离子继续迁移，从而停止电池内部的化学反应。

对替代电解质的研究促成了固态电池的最新进展。固态电池使用陶瓷或玻璃等其他材料作为电解质，而不是使用可能易燃的液体。这些材料仍允许锂离子迁移，但具有显著优势，例如化学稳定性更高，可避免分解反应和易燃气体的产生。

在世界日益走向电气化、储能需求不断增长的背景下，理解和预防热失控变得愈发重要。我们经常看到，锂离子电池在安全方面面临的挑战不容忽视。

然而，展望未来，技术与创新的进步带来了希望，助力我们创造更安全、更可持续的世界。借助量热法等严格的测试程序，我们能够更好地了解引发电池危险状况的条件，例如高温和物理损伤。此外，研究不断带来创新的解决方案，以打造更安全的电池，例如增加隔膜，以及最近采用的固态电池。这些进展彰显了我们的创新能力，以及为未来创造可持续、安全解决方案的责任。热失控确实是一项重大挑战，但我们正在学习以创造力、勤勉和持续改进的精神来应对它。