（来源：上观新闻）

你的手机也这样吗：刷了十分钟视频，手机温热；玩了一局游戏，感觉能煎蛋；边充边玩，更是烫得让人心慌……摸着那块滚烫的玻璃和金属，伴随着电量噌噌往下掉，不禁令人担忧——这么烫，这电池不会是要炸了吧？

其实绝大多数时候，真正发烧的是手机高速运转的处理器，它也不会真的爆炸。

但为什么我们一感觉到烫，第一反应总是“电池要炸了”？为什么锂电池“易燃易爆”的印象，会深深刻在我们的直觉里？而我们又为什么离不开它？

锂电池里有些啥？

研究电池爆炸之前，首先我们要熟悉它的结构：

以手机电池常用的三元锂电池为例，电池主要由正极（镍钴锰酸锂）、有机电解液、负极（石墨）和隔膜组成。

当然，这里面并没有那种会和水噼里啪啦反应的金属锂。

电池的充放电过程，对应了电池中各个材料界面中发生的种种氧化还原反应。这些化学反应在可控的情况下，可以产生稳定的电流和电压，满足我们日常生活娱乐中的用电需求。

不过，一旦这些化学反应失去控制，危险便一触即发。

锂电池里都有啥？

锂电池有着市面上各类电池中最高的单体工作电压、能量密度、功率密度和最轻的重量。这样高性能的背后是对电池材料的极致探索。而就像硬币有两面，锂电池性能的提高也伴随着安全余量的削减。

从电解液说起，锂电池常用碳酸酯类有机电解液。它可以提供稳定的高电压窗口，支撑手机的运行性能和处理速度。

同样的，镍钴锰酸锂正极和石墨负极也通过“超级能装”的层状空间结构，给锂电池带来了高容量的优势，从而使你的设备轻便小巧。

层状结构的富锂锰基正极的电镜照片（左）和对应的结构示意图（右），其中黄色小球是嵌入电极层间的锂离子。来源：参考文献[4]

当这些精挑细选的材料被压缩、封装到一起，便诞生了锂电池这般优秀的信息时代“最强辅助”。然而，有机电解液极其易燃，正极材料遇热分解会释放氧气。这样一来我们在小小的锂电池中便轻松集齐了燃烧三要素的两项，距离电池爆炸仅仅一步之遥。

当然，一般来说，玩游戏导致的处理器发热是远远到不了点火温度的。

锂电池中另外一个关键材料是电池隔膜。它负责隔开正负极，是电池中的各个化学反应得以可控运行的坚实支撑。电池隔膜的材料需要极其轻薄，这样电池中的离子才能快速来回穿梭，实现快充功能。

但是，和塑料袋一样薄的隔膜也非常脆弱，当电池老化或者外界环境极其恶劣的时候，隔膜可能会破损。于是，正负极在电池内部顶峰相见，发生短路剧烈放热。我们也集齐了所有燃烧要素，获得一块锂离子炸弹。

谁来救救我的电池？

不过，大可不必担心，科学家和工程师们也早就考虑到了这一点。

针对我们提到的这些安全隐患，科学家在脆弱环节上打了许多补丁。例如，在电解液中加入特殊阻燃剂，提高它的燃点；在电极表面构筑稳固的保护层（SEI），延缓枝晶的生长；用陶瓷涂覆在隔膜上，提升它的强度。

同时，从工程的角度，一个合格的锂电设备，还涉及复杂电池管理系统（Battery Management System, BMS）。它是锂电池的管家，实时监控锂电池的工作状态。一旦电压、电流、温度任意一项指标出现异常，立即降频、限流甚至断电。

而对于更大型的电动汽车动力电池来说，数千倍于手机的容量和复杂的电芯结构也扩大了其风险，除了复杂的 BMS，它还拥有坚固的物理防护结构、先进的液冷散热系统和精准的泄压防爆阀，以应对极端情况。

在不合格的锂电池产品或者非法改装的锂电池电器中，往往缺失了 BMS 系统的保护。“裸奔”的电芯也让它们成为了“自燃”“爆炸”等电池事故的重灾区，给大家留下了“锂电池炸弹”的坏印象。

当然啦，这些设计是极端条件下的最后一道安全防线，我们使用者才是最重要的第一道防线。电池的健康离不开日常的好习惯：挑选合格的电子产品，使用官配的充电器，尽量不要过充过放，尽量远离高温环境，发现电池鼓包就尽快更换。

倒也不是非“锂”不可

锂电池作为今日轻便、高效的储能形式，是工程师和科学家们在安全和性能间探索出的最佳平衡点。每一次技术的进步，都是在不打破这个脆弱平衡的前提下，将安全的边界向外推进一点点。

然而探索从不会停止。

如果有机电解液可燃，那就寻找不可燃的替代品，便有了采用固态电解质的新一代固态电池。如果规模与安全性压倒一切，那么液流电池便以“能量水库”的形态，成为电网侧储能的理想候选。虽然未能来得及走进千家万户，它们却为能源存储的多样化未来指明了方向。

从太阳火种到蒸汽机，我们已经历许多，能源也以形态定义着文明的高度。

今天，驱动我们世界的能量从煤炭的燃烧、水流的奔腾、阳光的照射、风的流转、原子的裂变中而来……这些多元的发电与储能单元，共同绘就了关于能量从何而来、去往何处、如何安放的未来蓝图。

参考文献

[1]Wan, H., Xu, J. & Wang, C. Designing electrolytes and interphases for high-energy lithium batteries. Nat. Rev. Chem. 8, 30–44 (2024). https://doi.org/10.1038/s41570-023-00557-z

[2]Xu, C., Peng, B., Yang, W., Tian, J. & Zhou, H. High energy density lithium battery systems: from key cathode materials to pouch cell design. Chem. Soc. Rev.54, 10245-10303 (2025). https://doi.org/10.1039/D5CS00641D

[3]Xie, J., Liang, Z. & Lu, YC. Molecular crowding electrolytes for high-voltage aqueous batteries. Nat. Mater. 19, 1006–1011 (2020). https://doi.org/10.1038/s41563-020-0667-y

[4]Yang, T., Yang, M., Huang, Z. et al. Twinning mediated intralayer frustration governs structural degradation in layered Li-rich oxide cathode. Nat Commun 16, 6589 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61386-w

[5]Wang, Q., Mao, B., Stoliarov, S. I. & Sun, J. A review of lithium ion battery failure mechanisms and fire prevention strategies. Prog. Energy Combust. Sci.73, 95–131 (2019). https://doi.org/10.1016/j.pecs.2019.03.002

[6]Dutra, A. C. C. et al. Understanding solid-state battery electrolytes using atomistic modelling and machine learning. Nat. Rev. Mater.10, 566–583 (2025). https://doi.org/10.1038/s41578-025-00817-y

作者：钱天悦 上海科技馆展览研发中心 化学工程博士

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编辑：四月