2021 年 3 月，日本国家消费者事务中心发布了一段事故再现测试视频，以提醒人们越来越多关注锂离子电池和充电器发烟和着火的问题。

本次，我将解释本视频所示的锂离子电池发烟和火灾事故的原因，以及为什么说锂离子电容器比锂离子电池更安全。

锂离子电池起火事故及原因

根据东京消防厅 2020 年 9 月发布的《令和第 2 版火灾实况》，锂离子电池相关产品的火灾数量逐年增加。

锂离子电池爆炸的原因大部分是正负极短路，直接引发发热和起火。此外，施加外力或电池本身有缺陷也会引发类似事故的发生。

当正负极短路时，大量电流会引起局部发热，从而导致负极与电解液发生反应。一旦发热达到 200°C 左右时，作为正极材料的金属氧化物的晶体会坍塌并释放出氧气。产生的氧气作为助燃剂进入进一步产热的模式。这就是所谓的“热失控”现象。并且在最坏的情况下，会导致爆炸和火灾等事故。

短路的原因及对策

除了外界因素还有什么情况会导致电池短路事故？

造成这种情况的原因之一被认为是锂离子电池制造过程中金属和碳材料等细粉的污染。当这些细粉混入时，在电池初始状态并不会引发事故，但随着循环次数增加，电极反复膨胀和收缩，最终刺穿了分隔两个电极的隔膜，导致短路。

污染物并不是造成短路的唯一原因。构成锂离子电池的材料可以转变为枝​​晶（针状晶体）并突破隔膜。其中之一是锂枝晶。锂离子电池通过正极和负极之间的锂离子移动来反复充放电，但是当电流集中在电极的一部分，例如不均匀的部分时，锂以枝晶的形式沉积在电极表面。随着锂枝晶生长直至突破隔膜，就会导致短路。

这不是导致短路的唯一枝晶。不可忽略的铜枝晶虽然不如锂枝晶那么出名，但也值得关注。

铜在 LIB 的负极中用作集电器。铜在正常情况下以金属形式稳定存在，但当LIB低于额定电压过放电时，负极电位会升高，当超过铜的洗脱电位时，则从金属变成离子形式并溶解在电解液中。如果在这种状态下重复充电和放电，离子化的铜会变成枝晶并沉淀，这可能会导致短路。

为了消除上述短路因素，锂离子电池制造商越来越注重异物预防、检测精度提高、预防枝晶产生的电芯设计、工艺设计等。

此外，研究人员还采取了各种措施，例如通过隔膜升温熔融闭孔功能，以便即使发生短路也不会爆炸或着火。

锂离子电容器安全

锂离子电容器（LIC）是在利用一般双电层电容器的原理的同时，采用能够储藏锂离子的碳基材料作为负极材料，通过添加锂离子来提高能量密度的一种电容器。

这种锂离子电容器比锂离子电池更安全，究其原因有以下几点。

原因之一是正极材料的不同。之前解释过锂离子电池的“热失控”与正极使用的金属氧化物有关，但与锂离子电池不同，作为锂离子电容器正极材料的活性炭不含有氧元素。因此，即使发生短路，也不会达到连锁反应的放热模式。

第二个原因是不会析出铜枝晶。在锂离子电容器中，负极预掺杂锂离子（预锂化），在充放电过程中，负极在接近锂电势的极低电势之间来回移动。即使 LIC 超过额定电压范围而发生过放电，负极电位也不会上升到接近铜析出电位，因此铜枝晶析出的风险极低。

第三个原因是锂离子电容器拥有的能量不同。锂离子电容器是双电层电容器（EDLC）等电容器中具有极高能量密度的器件，但实际情况是储能比锂离子电池低一个数量级左右。即使短路导致拥有的能量瞬间释放，其功率也比锂离子电池低一个数量级。

概括

怎么样？这一次，我们介绍了锂离子电池冒烟、起火的原因，以及锂离子电容器的安全性。

我们正在开发和制造今天推出的锂离子电容器。如果您对锂离子电容器感兴趣或有任何疑问，请使用咨询表与我们联系。