電動車失火是不可忽視的風險，它和燃油車失火有何不同？目前又有哪些創新的防火技術來對應呢？以下是我們的分析報導。
上週一輛汽車貨運船在海上起火燃燒，火勢一發不可收拾，導致船員必須棄船逃生，而起火點就被懷疑來自船上載運的電動車電池。船上當然有合格的消防設備，也有經過安全訓練的船員，為何無法控制火勢呢？關鍵就在於鋰電池的化學反應機制。
鋰電池最主要的失火原因來自於熱失控（Thermal Runaway），導致熱失控的原因可能是高溫導致電池內隔離膜受損，進而造成短路；又或是線路、線材或其他機械瑕疵，造成外部短路。又或者是軟體瑕疵，造成電池內溫度過高，無論原因是什麼，都會造成電池熱失控，內部溫度持續升高。
研究顯示，當鋰電池溫度達到攝氏 60 度以上，就進入熱失控警示範圍，一旦溫度超過 90 度，電池內的 SEI（隔離膜）會初步分解，導致電解液與負極產生「還原」反應，並釋放出甲烷、乙烯、氫氣等多種易燃氣體。這些氣體和化學反應會加速熱失控，當溫度超過 120 度，隔離膜會熔解，造成電池內部短路，引起大量電流放熱，通常在這個階段，就會因為短路造成電弧火花，出現燃燒現象。
▲ 鋰離子電池一旦開始熱失控就會瞬間加溫。（Source：燃燒季刊）
這又會再次升高電池內溫度，當溫度超過 140 度，氧化鋰也會開始分解，釋放出氧氣。只要有基本化學常識，就可以想像，在充滿甲烷、氫氣等密閉空間內出現火花，然後再加入氧氣，無疑是完美的爆炸環境。而且隨著火勢增強，前面這幾個階段的反應會持續進行，不斷增加可燃氣體和氧氣，直到所有的氧化鋰燒光為止。這就是為什麼傳統的滅火方式，對電動車火災幾乎沒有作用，因為它自帶氧氣，無法被泡沫、二氧化碳阻擋。
如何對抗鋰電池起火？
初步了解鋰電池起火的機制後，可以分成兩個方向來探討，第一是起火後的滅火方式，第二是如何避免熱失控。
先說滅火方式，從起火機制來看，應該就知道二氧化碳粉末完全無效，實務上最常使用的還是大量灌水，盡可能降低溫度，這裡的「大量」指的是五倍甚至更多的水量（和燃油車失火相比）。另一種正在逐漸推廣的滅火手段是防火毯，用一張巨大的防火材質毯子蓋住整輛車，等待它在裡面燃燒殆盡。還有一種「水幕式」防火設置，通常用於室內停車場，它的噴頭數量和設計都和傳統的灑水頭不同，可以創造出類似消防員常用的「水盾」，雖然使用水，但概念上其實是防火毯，在車輛四周創造水幕，讓火勢不會延燒出來。
這些滅火手段聽起來都很消極，因為鋰電池特性如此，實屬沒有辦法中的辦法。比較積極的辦法則是從源頭避免熱失控，目前有多種材料方案，都已經進入生產線。
▲ 目前有多種防火材料已經導入車用鋰電池模組，以阻絕熱失控。（Source：科技新報整理）
氣凝膠：特斯拉自行開發的 4680 電池，在每顆電芯之間填充了氣凝膠（Silica Aerogel），它的導熱效率極低（0.02 W/m·K），耐溫高達攝氏 600～1,000 度，可以防止單顆電芯熱失控後傳導至整個電池組。
陶瓷纖維：寧德時代在電池組內襯覆蓋一層陶瓷紙，也有部分產品是用陶瓷紙包覆電池模組，它可以抵擋 1,200～1,600 度高溫，能夠成為電池內的熱屏障，還能直接抵擋火焰。
雲母：比亞迪刀鋒電池使用雲母襯墊，做為電池組頂部與結構熱屏障，雲母耐熱達到 900～1,000 度，同樣可以成為熱絕緣屏障，是 CP 值較高的防火材料。
這些是對現有的鋰電池進行的防火設計，而更進一步的就是朝向新正極材料或新設計著手，眾所周知的固態電池，就是將電解液轉為固態材料，大幅降低內部短路的可能，同時具備超快導熱效率，幾乎完全移除了熱失控的可能。
新正極材料方案，就是近來很熱門的鈉離子電池。大部分鈉離子電池的正極材料像是磷酸釩鈉（Na₃V₂(PO₄)₃ ，簡稱 NVP），在高溫下也不太會釋放出氧氣，可以避免電池持續增溫燃燒；此外，鈉離子電池不像鋰電池會形成「鋰枝晶」（鋰離子堆積形成晶狀物），比較不容易刺破隔離膜，短路風險也更低。同時它的工作電壓也比鋰電池低，生成可燃氣體或產生副反應的機率也較低。單純考慮安全性，鈉離子電池甚至可以和固態鋰電池相提並論。
這裡也要順便幫 Gogoro 說一點好話，Gogoro 的手提式電池內部也有防火設計，當內部發生熱失控時，電池內的固態蠟會吸收熱源轉成液態蠟迅速替電池降溫，當液態蠟溢出時，就代表它替車主擋下了一次電池火災。
所有的手段都不能保障百分百的安全，但至少可以大幅降低起火機率，鋰電池起火爆炸事件，也不是電動車才有的問題，從筆記型電腦到智慧型手機，以及最近人手一顆的行動電源，都有相關風險。只能說，貴的東西未必有道理，但便宜的東西肯定有原因，大家購買相關產品時千萬要多加留意安全認證，和相關新聞事件。
（首圖來源：Henkel）
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