近幾年，電動自行車自燃、爆炸等安全事故時有發生。2021年9月20號，通州發生了電動自行車室內充電引發火災，造成了5人死亡的悲劇。電動車為什麼會發生自燃、爆炸？室內給電動車電池充電為什麼危險？在使用電動車時，如何更好地保證安全？
顧客換下的鋰電池放路邊突然自燃，電動車老闆：換電池時就感覺有點溫度
自燃后的電動自行車（圖片來源：中國消防）
電動車發生自燃、爆炸，主要原因是電池。為了跑得更遠、更快，電動車電池的能量密度不斷提升，與此同時，也越來越容易發生危險。
相對於過去使用的鉛酸蓄電池，鋰離子電池能量密度更高，危險也越大。
Part.1
鋰電池為什麼會起火、爆炸？
鋰電池為什麼會起火、爆炸？
電池由正極、負極、隔膜和電解液組裝而成，多個電池單體進一步集成為電池組。
傳統正極通常包括層狀過渡金屬氧化物（NCM/NCA），以及被稱為“鐵鋰”的橄欖石結構的磷酸鐵鋰。
電解液是電池的“血液”，鋰離子電池電解液通常使用的是具有可燃性的有機物，所以電池本身就是一個 “可燃物” ，在使用過程中，電池失效（包括短路，斷路，電池破損等一系列電池不能工作的情況）可能就會引發火災。
而隔膜最大的作用就是將正負極分開，從而避免電池內部短路，如果隔膜受損，電池則會熱失控。
顧名思義，熱失控就是溫度不受控制地上升。這種現象會引發起火，爆炸等危險。
下面這個二維模型能夠幫我們理解電池熱失控發生的過程：
電池中放熱反應速率和熱損失速率隨溫度變化曲線。其中4表示放熱反應速率，1、2、3分別對應不同室溫的情況下熱損失的速率，1曲線對應電池溫度能夠穩定的情況，2為臨界溫度情況，3中的電池會發生電池起火 （圖片來源：參考文獻1）
縱坐標是熱量交換速率，橫坐標為溫度。曲線4表示電池自身發生化學反應時的熱效應，遵循我們初中學過的阿倫尼烏斯定律：化學反應過程中，反應速率會隨着溫度升高而升高，於是產生熱量的速度也便要升高。
1、2、3分別代表在環境溫度為A、B、C的條件下，散熱的速率隨溫度的變化。遵循牛頓冷卻定律：隨着溫度的升高，物體與環境進行熱量交換的速率會逐漸增加。
當環境溫度為A時，可以預期E點是一個平衡點。對於曲線1來說，當溫度超過E點對應的溫度，此時與環境交換熱量的速率會大於自身的產熱，所以溫度會降到E點對應的溫度。
相反，溫度小於E對應的溫度時，由於體系產熱大於熱量交換，所以溫度會升高到E點所對應的溫度。
當環境溫度升高到B時，此時2和4隻有一個交點D，這是一個臨界點，熱量交換速率和電池自身的產熱速率是相同的。此時，系統的溫度一旦因擾動而升高，就會發生熱失控。
這時的臨界平衡溫度被稱為“不返回溫度”（Temperature of No Return）。
一旦電池超過了“不返回溫度”TNR，鋰離子電池系統就會進入熱失控的狀態。
因此，我們可以分析出大多數熱失控的原因——鋰離子電池因為某些原因溫度升高，從而使得電池溫度超過了“不返回溫度”TNR，進而引發劇烈的化學反應，發生熱失控。
Part.2
鋰離子電池在熱失控時會發生什麼？
電池溫度升高過程中，發生的化學反應是階段性的。分別會在升溫過程中發生SEI的分解（89.06℃）、隔膜熔化（127.79℃）、正負極短路（129.35℃），鈷酸鋰歧化反應（158.08℃）、負極和電解液反應（169.16℃），鈷酸鋰進一步分解（188.29℃）和最後電池內的所有物質被氧化（220.65℃）。
其中正負極短路過程中釋放的熱量最多，高能量密度電池儲藏的能量在瞬間釋放出來的後果是驚人的。
熱失控時，鋰離子電池會產生甲烷、一氧化碳、乙烯和甲醚以及可燃的電解液蒸汽。
有報道認為，電解液中的陰離子是電池在熱失控過程中的釋放刺激性氣體的原因，如：氟化氫和二氧化硫。
在62平米的封閉場所內，僅僅20mL的商用電解液所產生的氟化氫就能夠達到人體的暴露極限。所以，鋰離子電池的危險之處不光在於爆炸或燃燒放出來的熱量，更在於電池熱失控時釋放出來的有害氣體，這會導致人昏迷、窒息，失去行動能力。
此外，電池因為熱失控發生破裂時，會噴射出可燃性的氣體和氣溶膠，進而產生噴射狀的火焰，讓人無法靠近。
Part.3
電池更容易在室內爆炸？
在新聞中，時常會看到室內充電引起的事故，所以很多人以為電池更容易在室內爆炸，這其實是錯誤的認識。
大家看看數據：2021年以來，北京市電動自行車共發生火災433起，亡13人。如果單看起火區域，室外有355起，室內有78起。所以電動車電池出事不是挑地點的。
但是，電池在室內爆炸危險更大，也更容易導致人員傷亡。
一方面，室內鋰離子電池發生起火時會導致建築起火，火勢也更不容易控制。
另一方面，電池在室內燃燒釋放出的刺激性氣體和顆粒物，在封閉空間內逸散不開。現場人員很容易吸入大量有害物質，造成窒息、眩暈、失去行動力，如果險情發生在人睡夢時，則更為危險。
這也是為什麼強調不要把電動車停放在室內或者安全通道。一旦發生事故，火勢蔓延迅速、煙熱高，直接切斷了逃生通道，死亡率會非常高。
需要強調的是，並不是所有的鋰電池都不安全。
實際上，如果嚴格按照國家標準執行，電池發生事故的風險非常低。畢竟目前鋰離子電池是以有機電極液為主的體系，雖然可燃，但是可以針對性地杜絕可燃風險。
並且國家頒布了電動自行車安全技術規範，對電動車廠出廠的蓄電池有嚴格的標準要求。
正規的電池廠家，一定會對常見的電車遇到的風險，進行防範性的設計。比如對電池管理系統（BMS）設計，防止過充、濫用等等。
但是，仍然有很多“魚龍混雜”的電池廠商生產質量沒有保障的電池。部分用戶，私自改用容量更大的電池，改裝線路，增加了出事故的風險。
來源：pixabay.com
這就更需要我們安全、合規地使用電動自行車。
筆者在網上找到了這幅圖，很好地總結了使用電動自行車的注意事項。
Part.4
電池起火怎麼辦？
首先，及時斷電。
撤離到安全區域，撥打火警電話，不要第一時間嘗試滅火，及時提供現場火災信息。
鋰離子電池起火發展過程（圖片來源：washington.edu）
國內外對於鋰電池起火時，能否用水滅火有不同說法。
有的說需要用ABC類滅火器，不能用水，但實際上，用水滅鋰離子電池的火是合理且有效的方法。（A表示固體物質火災滅火器，B表示液體或可熔化的固體物質火災滅火器，C和D分別表示氣體火災、金屬起火的滅火器。）
《新能源汽車火災撲救規程》中也指出，明火熄滅后，也要繼續用水對電池組進行持續的冷卻。由於鋰離子電池中沒有金屬鋰，所以也不需要用D類滅火器。
寫在最後的幾個小問題
在最後，筆者就以一些小Q&A來結尾，希望大家能夠安全規範使用電動自行車，平安出行。
問：為了防止起火，我在家看着它充電1個小時可以嗎？
答：看着也不行，它起不起火豈是我等生物能提前預知的？
問：市面上電池有哪些種類？安全性有什麼區別？
只要是符合國家標準，並且按照國家標準進行測試了的電池，都比較安全。但是凡事都有萬一，不同電池失效的反應不一樣，所以安全性也很難定義。
不同電池着火情況不同。鉛酸蓄電池在過充後會釋放氫氣，在這種情況下有可能會引發爆炸。
鎳氫電池比較少見，如果過充或短路也會釋放氫氣，進而引發爆炸。
一次性乾電池，在高溫和短路的情況下也有可能發生爆炸。
問：電動自行車室內着火和室外自燃爆炸有什麼相通之處？
首先，他們都是因為熱失控導致的自燃爆炸，只是誘因不一樣。充電着火極有可能是過充、或者電池導電性差，快速充電階段產熱多，溫度急劇升高，導致的危險。
而室外自燃通常是電動車內部發生短路，用一句話表述就是：要麼人為操作不當，要麼電池產品質量不過關。
總之，嚴守安全規範，不要在室內給電動車充電。