锂电池为何被飞机“不待见”

子宁

2016年，三星Galaxy Note7手机频繁发生的爆炸、自燃事件令民航企业心头一紧，包括中国民航局在内的世界各国航空管理部门相继下令禁止随身携带或托运三星Galaxy Note7手机乘机。不仅如此，在充电宝等便携式移动电源刚刚兴起之时，中国民航局就出台规定，充电宝只能随身或在手提行李中携带，禁止托运，并需符合要求的电容量，此外，笔记本电脑、相机等电子设备的备用电池等也禁止托运，一些超大容量的个人商用级电池，例如8轴无人机使用的大容量电池组，在经过航空公司允许运输后，也只能装箱以手提行李带上客舱。国际民航组织在2016年颁布禁令，从当年4月1日期，禁止所有可充电锂电池通过客机托运，该规定持续到锂电池安全包装新标准出台为止。锂电池一时间成为众矢之的，被舆论推上风口浪尖。

锂电池不仅作为旅客行李时被限制颇多，在作为机载电源设备时，也有一段相当“活跃”的时期，顶峰时刻，不仅烧穿了一架埃塞俄比亚航空波音787的碳纤维机身，还在一架日航787飞机上因为着火，导致全球波音787被停飞的厄运。

锂电池这么危险，作为永远将安全放在第一位的民航部门，他们为此做了些什么？

2013年1月7日，日本航空一架波音787飞机在降落美国波士顿机场后客舱冒烟，乘客紧急疏塞，消防队员赶到后在舱内发现明火，所幸处置及时，没有发生人员伤亡。然而，三番两次的787机上锂电池组起火事件令FAA压力山大，此次事故后，FAA下令所有登记在美国的787客机强制停飞，紧接着，欧洲航空安全局下令欧洲各国787停飞，当时印度航空公司已经开始运营787，也被印度当局紧急叫停，全世界所有787，停飞，因为锂电池组会着火！

关于787电池事故的原因，美国运输安全委员会对此作了详细的调查。在对日本航空787在波士顿发生锂电池着火事故的调查中，运输安全委员会主席德博拉·A·P·赫斯曼（Deborah A. P. Hersman）表示，问题似乎出自电池组，8个电池单元中有一个发生了短路，火势蔓延到了其余的电池单元。波音公司为此提出了重新设计电池的计划：在电池组的8个单元之间，加上隔绝设施，将短路故障漫延到多数单元甚至全部单元的风险降到最低。波音公司还提出，添加一些系统，监测各电池单元内部的温度和活动。波音将把电池放进更坚固的钢质箱子里，从而限制起火时火势蔓延，还安装了一些管道，将危险气体排到飞机外面去。

   2013年1月7日，日本航空一架波音787客机在波士顿机场着火。事后查明是因为APU电瓶组件因短路起火。图为事故调查时拍摄的烧毁的电瓶。

综合多起事故发现，锂电池过热、燃烧、爆炸事故多是因为电池内部芯级短路造成的，除了电池本身的设计缺陷外，飞机震动、压力变化、温度变化也可能成为事故诱因。

看来短路是锂电池爆炸的核心原因。

再看被全球民航管理单位列为禁品的三星手机。韩国相关单位对三星Galaxy Note7手机电池进行X光拍照后发现，由于设计原因，手机内部锂电池电极片极易因碰撞发生弯曲，造成电池内部短路，短路产生的热量使作为电解质的凝胶体和混合物发生分解，这些电解质往往采用高氯酸钾、六氟磷酸钾等作为溶质，而溶剂则采用乙醚、乙烯碳酸酯等有机物，这些物质受热之后会产生大量气体，因此我們也曾在日常生活中见到锂电池膨胀的现象。如果电池最外层无法承受内部有机物膨胀时产生的压力，就会发生爆炸。

除了因为设计不良导致正负极内部短路外，锂电池的短路原因还有，当反复充电时，电池内部的石墨结构会因为电子流动产生腐蚀剥落，并在芯级形成固体电解质膜，电机发生氧化结晶，当结晶体不断积累，刺穿正负极之间的隔板后，锂电池内部就发生了短路。

当然，锂电池发生内部短路的现象可以通过改进设计来避免，在飞行器制造领域，对锂电池等电气设备的安全性也有着明确、严格的标准。在中国民航局颁布的CCAR-25-R4适航条款中，第25.1353（b）条“电气设备及安装”中明确规定，“蓄电池在任何可能的充电或放电状态下，单体蓄电池的温度和压力必须保持在安全范围内。当蓄电池（在预先安全放电之后）在下列情况重新充电时，单体蓄电池的问题温度不得有不可控的升高。”其中“下列情况”包括以标定电压或功率、最长飞行时间等。FAA也有相同的规定。因此，如果严格以适航条例作为判据，波音787飞机在当时并未完全达标，乃至在2013年4月26日，FAA解除了787飞机的停飞命令后，复飞后787仍存在一些问题，后续造成的多起故障、起火事故使许多航空公司蒙受损失。所幸的是波音787并未发生致命事故，时至2017年，787-9大量交付，787-10成功首飞也说明波音公司在787飞机后续的生产中，对电池供应商提出了更高的要求。当然，波音787电池事故属于型号个例，这些事故也符合工业产品故障发生的澡盆曲线规律。

韩国媒体公布的三星Galaxy Note7电池爆炸事件调查情况，X光拍摄的Note7手机内部电池组极片因变形发生短路，是造成手机自燃爆炸的主要因素。

中国民航方面，早在三星Note7手机自燃问题发生前，就曾就出现过电子产品机上自燃的事故。2011年5月25日CA1549航班，一名乘客携带的摄像机电池客舱行李架中发生自燃，所幸处置及时，飞机最终平安着陆。

这也回答了文章开头写到的，为什么水果刀等只能托运，而移动电源等锂电池设备却只能随身携带呢？因为如果在客舱，锂电池发生自燃冒出的烟雾可被乘客发现并第一时间扑灭，但托运条件下，很有可能失去第一时间扑灭的机会。而飞机经常因为气流原因发生颠簸，发生碰撞后的锂电池内部也可能发生短路自燃。因此，锂电池仅允许随身携带，且放在人能看到且可迅速处置的地方。

对于携带标准，中国民航局也明确，“个人自用的消费电子产品，如手表、计算机、照相机、手机、笔记型电脑、便携式摄影机等，如果内含锂或锂离子电池芯或电池的，允许登机。如作为备用电池的，必须单个存放，必须做好防短路保护，仅能在手提行李中携带，并且限制在每人不超过2个，等质总锂含量不超过25克。托运行李禁止携带锂离子电池。”

锂，作为原子量最小的金属元素，作为质量最轻的碱金属，其作为阳极的电池具有极高的能量密度。但同样因为其活跃的化学特性，锂电池的设计、制造也面临着诸多困难。当锂电池的便捷性与其潜在的危险性和航空运输业要求的绝对安全性相比，民众也许就能理解民航局对锂电池“不待见”的态度了。

最后给大家一些乘机携带电子产品的小建议：日常自用的、正规途径购买的手机、摄影摄像机、笔记本电脑均可随身携带;目前市面上销售的品牌充电宝容量均小于100瓦特小时，可随身携带;各类电池单独携带时应进行绝缘处理，如加装保护盖或使用绝缘胶带贴住芯极;如果携带大量电子产品，登机后应及时告知乘务人员行李存放位置，以便在发生危险时得到及时处置。

锂电池，作为改善人类生活水平的科学发明，不应成为危及人类生命安全的“炸弹”。相信在未来管理者对航空安全的标准不断提升的同时，锂电池也会越来越安全与高效，与航空安全、与普通人的生活更加和谐地相处下去。

责任编辑：陈肖

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混淆的锂电池？

关于“锂电池”，有一个容易混淆的概念需要澄清。通常情况下，在手机、相机等便携式移动电子设备中使用的可充电“锂电池”是“锂离子电池”，它主要依靠锂离子在正负极之间的移动产生电流，锂离子电池使用一个嵌入式锂化合物作为一个电极材料;而名词解释中严格意义上的“锂电池”为“锂原电池”，内含纯态锂金属，锂原电池仅可一次性使用，不可充电。文中所述“锂电池”均指日常生活中常见的、可以充电的“锂离子电池”。

危险的锂电池？

锂离子电池概念最早由美国科学家惠廷厄姆（M.S.Whittingham）于1970年代提出，他采用硫化钛作为正极，金属锂作为负极，制成了首个锂离子电池。但同時锂电池的安全性问题被提出，因为金属锂是一种反应性极强的物质，正常大气环境下遇水或氧气即可剧烈燃烧，所以金属锂通常储存在固体石蜡或惰性气体中。若要大规模生产与使用锂电池，锂元素必须以化合物的形态存在，且这种化合物仍能够接收和释放锂离子。随着对锂电池的研究，其性能与容量不断提升，1991年，索尼公司和旭化成公司发布了首个商用锂电池，消费电子产品的面貌自此革新。之后，微型磷酸盐颗粒的加入进一步提升了锂电池的性能。电流需要在电池内部形成回路，电解液不可或缺。在锂离子电池中，电解液可以是凝胶体、聚合物、或凝胶体与聚合物的混合物，但因为目前尚未发现能够在室温条件下有效运送锂离子的聚合物，所以大多数“塑胶封袋”锂电池事实上都是凝胶体和聚合物的混合型电池。而有关锂电池危险性的问题往往出自电解液。