锂电池只要做个小调整就不起火？美女博士找到了方法，实测靠谱

锂离子电池从智能手机到汽车的各种设备中都能找到，虽然如果正确储存和充电通常非常安全，但有成千上万例发生过起火的案例——有时甚至致命。

锂离子电池含有易燃电解质——锂盐溶解在有机溶剂中的液态溶液，使电荷能够流动。电池在某些条件下可能会变得不稳定，比如穿刺、过充电、极端温度或制造缺陷等物理损伤。当出现故障时，电池会迅速升温并起火，发生一种危险的连锁反应，称为“热失控”。

商业航空尤其容易受到这一问题的影响，因为飞机上无处不在的电池供电设备，以及客舱或货舱内火灾的危险性。在美国，联邦航空管理局（FAA）长期禁止托运行李携带备用锂离子电池，并要求所有带入客舱的电池必须保持可取。该机构在2024年记录了89起涉及烟雾、火灾或极端高温的客货飞机电池事件，2025年上半年共发生38起。

这些事故可能导致飞机全毁，比如今年一月在韩国釜山被火烧毁的空客A321。调查人员称，火灾很可能是由存放在头顶储物柜中的移动电源引发的，这也导致一些航空公司禁止使用这些设备。

但热失控的风险也波及家庭，尤其容易受到电动自行车或电动滑板车电池火灾的影响，以及各种企业：保险公司Aviva于2024年对500多家英国企业进行的一项调查发现，超过一半的企业经历过与锂离子电池相关的事故，如火花、火灾和爆炸。

全球各地的研究人员正致力于通过开发更安全的电池来解决这一问题，例如用更耐火的固体或凝胶替代液态电解质。这类解决方案需要对现有生产线进行重大改造，这成为广泛采用的障碍。

今年早些时候，由现任弗吉尼亚理工博士后孙岳领导的研究详细介绍了这一方法：“我认为人们最难意识到的是，当你试图优化性能时，有时会牺牲安全性，”她说，并解释说提升性能需要关注室温下发生的化学反应， 而安全性的提升则关注高温下发生的反应。

“因此我们想出了一个想法，通过设计一种温度敏感材料来打破这种权衡，这种材料不仅能在室温下表现出色，也能在高温下保持良好稳定性。”

电池火灾通常由部分电解质在应力下分解并以链式反应释放热量为起因。孙博士和她的同事们的设计采用了一种包含两种溶剂的新型电解质，以阻止链式反应的发生。

在室温下，第一种溶剂保持电池的化学结构紧密，优化性能，但如果电池开始升温，第二种溶剂会接管，通过松动该结构并减缓可能导致热失控的反应，从而防止火灾发生。

在实验室测试中，采用这种新设计并用钉子刺穿的电池温度仅上升了3.5°C（38.3°F），而传统电池则达到了555°C（1031°F）的峰值。研究人员表示，电池的性能和耐用性没有负面影响，且在1000次充电后，电池仍保留了超过80%的容量。

“在制造过程中，最难的部分是电极，也就是固体部分。但我们交换的电解质是液体，所以你可以直接注入细胞，无需新设备或新工艺，“卢义俊说道。

新的化学配方会略微提高制造成本，但陆称规模化时价格将“与现有电池非常相似”。研究人员有意将这一想法商业化，目前正与电池制造商讨论将设计推向市场，据卢说，这可能需要三到五年时间。

在测试中，研究人员制造出足够大容量供平板电脑供电的电池，但卢义俊表示，要将设计规模放大到例如汽车所需的尺寸，还需要更多的“验证”。

未参与研究的锂电池安全领域的研究人员在接受采访时对该研究表示积极评价。美国国家可再生能源实验室高级科学家唐纳尔·费尼根在邮件中表示，这一新设计令人振奋，意味着一款能够耐受高温和短路而不会引发火灾的安全电池：“战略性选择的电解液溶液具有可扩展性，且不会显著影响电池的循环寿命， 这有助于消除商业电池系统大规模采用的许多障碍。”

弗吉尼亚大学化学工程教授加里·科尼格表示，该研究探讨了多种电解质成分，发现了电池单元在多个周期内能保持稳定且在高温下保持稳定的选项。

他在邮件中表示：“从制造角度来看，只要没有意外的工艺兼容性问题，实施新型电解质可以在相对较短的时间内完成。”

德克萨斯农工大学化学工程教授豪尔赫·塞米纳里奥在一封电子邮件中表示，新设计解决了高能锂离子电池面临的最关键挑战之一，即在安全性和性能上兼顾：“这项研究极具创新性和影响力，为锂离子电池安全的关键瓶颈提供了切实可行的解决方案”。