2023年7月17日，英国法拉第研究所（The Faraday Institute）发布洞察报告《提高锂电池的安全性》，着眼于锂电池故障的途径、所涉及的不同风险以及电动汽车与内燃机（ICE）汽车的火灾方式。报告考虑了现有的缓解措施以及可以实施的额外缓解措施，以进一步降低这些风险，并阐述了法拉第研究所SafeBatt项目正在进行的开发更安全的锂电池的工作。

报告指出，虽然锂电池极罕见发生火灾，但仍有可能发生在机械、热或电应力或滥用的情景下。2022年，美国保险业估计每10万辆电动汽车销量中有3辆发生火灾（0.025%），每10万台混合动力汽车销量中发生3475起火灾（3.5%），而汽油车销量中有1530起火灾（1.5%）。伦敦消防队的数据显示，2019年，插电式汽车的火灾事故率约为每年0.1%，而汽油和柴油汽车的火灾事件率为每年0.04%。但随着锂电池在汽车、固定存储、航空航天和其他行业的使用越来越多，更有必要构建更安全、更可靠的锂离子电池组，以及改进安全系统的设计和优化，从而有助于降低锂离子电池使用率上升带来的风险。

锂电池故障原因

报告指出，锂电池出现故障主要表现为三种，具体如下：

•机械——制造过程中引入的内部缺陷或挤压或穿透（例如，电动汽车碰撞或尖锐物体穿透）对电池造成的损坏可能导致内部短路。短路会导致过大的电流流过电路，导致加热超过安全极限，损坏电池，在某些情况下，还可能引发火灾。

•热——电池过热（例如，如果暴露在外部火灾中）会导致电池组件（如阴极和电解质）发生故障。这些过程产生热量（即放热），导致电池温度螺旋上升的反馈回路，最终导致火灾。这被称为“热失控”。过热也会导致两个电极之间的隔膜（通常是聚丙烯等聚合物）软化或熔化，从而导致内部短路。

•电气——锂电池外部短路（例如，如果将金属物体放置在端子之间或电池中的电池彼此短路）会为非常高的电流产生低电阻路径，从而导致电池温度上升到安全极限以上。例如，使用不正确或不兼容的充电器对电池过度充电会导致内部加热和阴极击穿，这两种情况都会导致热失控。不良的电池组设计或不良的电池管理系统（BMS）设计也会导致一些电池被过度充电。过度充电是最危险的电气滥用情况，因为它会导致泵入电池的能量远远超过电池的设计容量。如果这导致电池失效，额外的能量会通过火灾或爆炸释放出来。

报告还分析了增加锂电池电动汽车和内燃机汽车起火的主要因素，其中引发锂电池电动汽车起火的因素有五种：（1）电动汽车充电过程中的额外风险；（2）电动汽车延迟起火的可能性，例如在道路交通碰撞后几天起火；（3）电池火灾可能在熄灭后的一段时间（数小时、数天或数周）重新点燃的风险；（4）老化的影响，因为老化的电池可能更容易着火/热失控；（5）电动汽车技术的不成熟。

让电池更安全

2021年，法拉第研究所启动了锂离子电池安全研究计划SafeBatt。该项目在法拉第研究所降解和ReLiB项目之前的工作基础上，对锂电池的安全性进行了广泛的研究。SafeBatt项目由牛津大学的Paul Shearing教授领导，是八个学术和众多行业合作伙伴在以下研究领域的合作：

•研究亚细胞水平的事件，以了解细胞失效的根本原因以及降解和安全性之间的相互作用。

•研究锂电池如何在电池水平上失效，以及电池失效如何在模块/电池内传播。

•对模块和电池组进行大规模实验，观察它们在压力下的行为，并了解现实世界中发生故障的过程，包括锂离子电池火灾的毒性和环境后果。

•提供基础建模和实验工具，以增强对电池安全科学的理解，并将其用于应对关键的行业挑战。

SafeBatt的总体目标是了解可能导致锂电池故障的一系列过程，这将有助于行业设计和制造更安全可靠的电池组，并简化安全系统。

总结

报告指出，除了进行SafeBatt这项研究外，电池的安全性也将是政府跨部门关注的一个重要问题，这需要采取协调一致的行动，包括：

•随着英国电池行业的发展，就安全风险、缓解措施以及如何应对任何火灾对最终用户、应急服务和其他利益相关者进行教育至关重要。

•制定一个连贯的英国框架和行业公认的安全处理、回收和处置废旧电动汽车锂电池的指南，以最大限度地降低安全风险。

•开展国际合作，为不同应用和地区的锂电池制定全球测试和立法标准，包括重新利用和二次电池。

对锂离子电池安全科学的综合理解的需求只会随着时间的推移而增加。随着汽车制造商寻求扩大电动汽车的续航里程，下一代锂电池将包含更多的能源。锂电池也在不断扩展到越来越多的应用领域，如电动踏板车、航空、海洋、家用和工业储能系统，并开始渗透到第二生命应用中并进入回收设施。管理与这些新应用程序相关的风险需要结合监管、传播最佳实践和持续的科学研究，以确保所有部门的安全。