八、 锂离子电池的安全性
锂离子电池的安全性问题，其内在原因是电池内部发生了热失控，热量不断的累积，造成电池内部温度持续上升，其外在的表现是燃烧、爆炸等剧烈的能量释放现象。
电池是能量的高密度载体，本质上就存在不安全因素，能量密度越高的物体，其能量剧烈释放时的影响就越大，安全问题也越突出。汽油、天然气、乙炔等高能量载体，也都存在同样的问题，每年发生的安全事故，数不胜数。
不同的电化学体系、不同的容量、工艺参数、使用环境、使用程度等，都对锂离子电池的安全性有较大的影响。
由于电池存储能量，在能量释放的过程中，当电池热量产生和累积速度大于散热速度时，电池内部温度就会持续升高。锂离子电池由高活性的正极材料和有机电解液组成，在受热条件下非常容易发生剧烈的化学副反应，这种反应将产生大量的热，甚至导致的“热失控”，是引发电池发生危险事故的主要原因。
锂离子电池内部的热失控，说明电池内部的一些化学反应已经不是我们此前所期待的“可控”和“有序”，而是呈现出不可控和无序的状态，导致能量的快速剧烈释放。
那么，我们来看看，都有哪些化学反应，会伴随大量的热产生，进而导致热失控。
1. SEI膜分解，电解液放热副反应
固态电解质膜实在锂离子电池初次循环过程中形成，我们既不希望SEI膜太厚，也不希望它完全不存在。合理的SEI膜存在，能够保护负极活性物质，不跟电解液发生反应。
可是当电池内部温度达到130℃左右时，SEI膜就会分解，导致负极完全裸露，电解液在电极表面大量分解放热，导致电池内部温度迅速升高。
这是锂电池内部第一个放热副反应，也是一连串热失控问题的起点。
2. 电解质的热分解
由于电解质在负极的放热副反应，电池内部温度不断升高，进而导致电解质内的LiPF6和溶剂进一步发生热分解。
这个副反应发生的温度范围大致在130℃~250℃之间，同样伴随着大量的热产生，进一步推高电池内部的温度。
3. 正极材料的热分解
随着电池内部温度的进一步上升，正极的活性物质发生分解，这一反应一般发生在180℃~500℃之间，并伴随大量的热和氧气产生。
不同的正极材料，其活性物质分解所产生的热量是不同的，所释放的氧气含量也有所不同。磷酸铁锂正极材料由于分解时产生的热量较少，因而在所有的正极材料中，热稳定性最为突出。镍钴锰三元材料分解时则会产生较多的热量，同时伴有大量的氧气释放，容易产生燃烧或爆炸，因此安全性相对较低。
4. 粘结剂与负极高活性物质的反应
负极活性物质LixC6与PVDF粘结剂的反应温度约从240℃开始，峰值出现在290℃，反应放热可达1500J/g。
由以上分析可以看出，锂离子电池的热失控，并不是瞬间完成的，而是一个渐进的过程。这个过程，一般由过充、大倍率充放电、内短路、外短路、振动、碰撞、跌落、冲击等原因，导致电池内部短时间内产生大量的热，并不断的累积，推动电池的温度不断上升。
一旦温度上升到内部连锁反应的门槛温度（约130℃），锂离子电池内部将会自发的产生一系列的放热副反应，并进一步加剧电池内部的热量累积和温度上升趋势，这一过程还会析出大量的可燃性气体。当温度上升到内部溶剂和可燃性气体的闪点、燃点时，将会导致燃烧和爆炸等安全事故。
刚出厂的锂离子电池通过安全测试认证，并不代表锂离子电池在生命周期中的安全性。根据我们前面的分析，在长期的使用过程中，会发生负极表面的锂金属沉积，电解液的分解和挥发，正负极活性物质的脱落，电池内部结构变形，材料中混入金属杂质，以及其他很多非预期的变化，这些都会导致电池发生内短路，进而产生大量的热量。再加上外部的各种滥用情况，如过充、挤压、金属穿刺、碰撞、跌落、冲击等，也会导致电池在短时间内产生大量的热量，成为热失控的诱因。
在锂离子电池的使用过程中，没有绝对的安全性，只有相对的安全性。我们要尽量避免滥用的情况出现，降低危害事件发生的概率，同时也要从正负极材料、电解液、隔离膜等主要成分入手，选择化学稳定性和热稳定性优良的材料，具有良好的阻燃特性，在出现内外部热失控的诱因时，降低内部副反应的发热量，或者具有很高的燃点温度，避免热失控现象的发生。在电池结构和壳体设计上面，要充分考虑结构稳定性，达到足够的机械强度，能够耐受外部的应力，确保内部不发生明显的变形。此外，散热性能也是需要着重考虑的，如果热量能够及时的散发出去，内部的温度就不会持续上升，热失控也就不会发生。
锂离子电池的安全性设计，是系统论，单纯的以正极材料分解发热来衡量锂离子电池安全性并不全面。从系统的角度讲，磷酸铁锂电池不见得一定比三元材料的电池更安全，因为最终影响热失控的因素很多，正极材料分解所产生的热量仅仅是其中的一个因素。
九、 总结与展望
大约在135亿年前，经过所谓的“大爆炸”之后，宇宙中的物质、能量、时间和空间形成了现在的样子。宇宙的这些基本特征，就成了“物理学”。
在这之后过了大约30万年，物质和能量开始形成复杂的结构，称为“原子”，再进一步构成“分子”。至于这些原子和分子的故事以及它们如何互动，就成了“化学”。
所有关于电池的原理，都得通过物理学和化学的理论来阐述，并受到客观规律的制约，脱离了这个范畴，我们既不可能发明电池，也不可能正确使用电池。
人类对电池的研究和使用已经有近200年的历史，在大规模的商业化应用方面，铅酸电池、碱性电池、锌锰电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池早已渗透到人类社会的方方面面，在支持工业化社会的正常运作方面，起着无可替代的作用。
人类对能量进行移动存储的追求，随着经济规模的扩大，呈现快速增长的趋势，这也在客观上推动了电池技术的发展和变革，要做到更快、更强、更长寿、更安全、更环保，同时单位价格还要更便宜。
自SONY在90年代将锂离子电池商业化以来，经过20多年的发展，现有的电化学体系已经逐步接近了瓶颈，未来将逐步进入“后锂电池”时代。市场的强劲需求，必将推动和催生新的材料、新的化学体系、新的工艺在电池领域的应用，从而实现大的突破。
在电池产业，新的研究方向层出不穷，而比较有希望商业化的方向，比如全固态锂离子电池、钠离子电池、锂-硫电池、锂空气电池等。“后锂电池”时代，将会是百花齐放、百家争鸣的局面，市场需求的多样性，技术路线的多样性，再结合原料供应的地缘因素，将给我们带来更多的选择和更好的体验。