电动车室内充电有人看着就可以电动车放在室内充电

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出品：科普中国
制作：kun
监制：中国科学院计算机网络信息中心
近几年，电动自行车自燃、爆炸等安全事故时有发生。2021年9月20号，通州发生了电动自行车室内充电引发火灾，造成了5人死亡的悲剧。
自燃后的电动自行车（图片来源：中国消防）
电动车为什么会发生自燃、爆炸？室内给电动车电池充电为什么危险？在使用电动车时，如何更好地保证安全？
电动车发生自燃、爆炸，主要原因是电池。为了跑得更远、更快，电动车电池的能量密度不断提升，与此同时，也越来越容易发生危险。
相对于过去使用的铅酸蓄电池，锂离子电池能量密度更高，危险也越大。
锂电池为什么会起火、爆炸?
电池由正极、负极、隔膜和电解液组装而成，多个电池单体进一步集成为电池组。
传统正极通常包括层状过渡金属氧化物（NCM/NCA），以及被称为“铁锂”的橄榄石结构的磷酸铁锂。
电解液是电池的“血液”，锂离子电池电解液通常使用的是具有可燃性的有机物，所以电池本身就是一个“可燃物”，在使用过程中，电池失效（包括短路，断路，电池破损等一系列电池不能工作的情况）可能就会引发火灾。
图片来源：pexels.com
而隔膜最大的作用就是将正负极分开，从而避免电池内部短路，如果隔膜受损，电池则会热失控。
顾名思义，热失控就是温度不受控制地上升。这种现象会引发起火，爆炸等危险。
下面这个二维模型能够帮我们理解电池热失控发生的过程：
电池中放热反应速率和热损失速率随温度变化曲线。其中4表示放热反应速率，1、2、3分别对应不同室温的情况下热损失的速率，1曲线对应电池温度能够稳定的情况，2为临界温度情况，3中的电池会发生电池起火（图片来源：参考文献1）
纵坐标是热量交换速率，横坐标为温度。曲线4表示电池自身发生化学反应时的热效应，遵循我们初中学过的阿伦尼乌斯定律：化学反应过程中，反应速率会随着温度升高而升高，于是产生热量的速度也便要升高。
1、2、3分别代表在环境温度为A、B、C的条件下，散热的速率随温度的变化。遵循牛顿冷却定律：随着温度的升高，物体与环境进行热量交换的速率会逐渐增加。
当环境温度为A时，可以预期E点是一个平衡点。对于曲线1来说，当温度超过E点对应的温度，此时与环境交换热量的速率会大于自身的产热，所以温度会降到E点对应的温度。
相反，温度小于E对应的温度时，由于体系产热大于热量交换，所以温度会升高到E点所对应的温度。
当环境温度升高到B时，此时2和4只有一个交点D，这是一个临界点，热量交换速率和电池自身的产热速率是相同的。此时，系统的温度一旦因扰动而升高，就会发生热失控。
这时的临界平衡温度被称为“不返回温度”（Temperature of No Return）。
一旦电池超过了“不返回温度”TNR，锂离子电池系统就会进入热失控的状态。
电池热失控（图片来源：veer图库）
因此，我们可以分析出大多数热失控的原因——锂离子电池因为某些原因温度升高，从而使得电池温度超过了“不返回温度”TNR，进而引发剧烈的化学反应，发生热失控。
锂离子电池在热失控时会发生什么？
电池温度升高过程中，发生的化学反应是阶段性的。分别会在升温过程中发生SEI的分解（89.06℃）、隔膜熔化（127.79℃）、正负极短路（129.35℃），钴酸锂歧化反应（158.08℃）、负极和电解液反应（169.16℃），钴酸锂进一步分解（188.29℃）和最后电池内的所有物质被氧化（220.65℃）。

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