你知道鋰電池起火的原因有哪些嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-18 17:04
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鋰電池起火原因，可以劃分成兩個大部分，自身原因和外部原因。自身原因主要是指自身材料、結構熱穩(wěn)定性的好壞，對火災發(fā)生與否的影響；外部原因，指各種濫用手段，引發(fā)的鋰電池火災。
1.1 自身原因
鋰電池由正極材料，負極材料和電解液組成，這幾部分的熱穩(wěn)定性，直接影響著電芯發(fā)生熱失控的可能性。
負極材料的熱穩(wěn)定性的影響因素
目前應用的負極材料，絕大部分是碳材料。在高溫條件下，石墨容易與電解液發(fā)生反應，尤其電池荷電量高的狀態(tài)，LiC6更是能夠提升反應的激烈性。
有研究發(fā)現(xiàn)，負極開始反應放熱的溫度起點，與碳材料的顆粒度有關，顆粒越大，其開始反應的溫度就越高，也就越安全。同時，不同結構的碳材料參與電解液的反應，其放熱量并不相同，石墨就比無定型碳（主要指軟碳和硬碳）放熱量大。
正極材料熱穩(wěn)定性的影響因素
當前應用廣泛的鋰電池正極材料，都是鋰的化合物。磷酸鐵鋰，錳酸鋰和三元鋰，如果泛泛的說，三者的安全性是從高到低排列的。而有人專門對正極材料在這些電池安全性中的影響做了研究。
研究認為，鋰的化合物分子式中，鋰的含量越高，其熱穩(wěn)定性就越差，開始與電解液反應的溫度就越低。有個定量的比較，分子式中各個原子的比例系數，當鋰的系數是0.25時，其反應溫度為230℃；如果這個數值變成1，其起始反應溫度就變成了170℃。此外，如果正極材料中含有除了鋰以外的其他金屬元素，則含錳元素的正極材料比含鎳元素的正極材料熱穩(wěn)定性好。
電解液熱穩(wěn)定性影響因素
電解液可以說是熱穩(wěn)定性問題的核心，它的穩(wěn)定性直接影響整個體系的穩(wěn)定性。有人針對電解液的熱穩(wěn)定性做了一些列研究，結果表明：
電解液中的碳酸二甲酯含量越高，其熱穩(wěn)定性越差，越容易與正負極材料發(fā)生反應；電解液與越多類型材料相容性差，也就是在較低的溫度下可以與多種不同的鹽類發(fā)生反應，說明它越活潑，其熱穩(wěn)定性就越差。
老化帶來的熱失控
老化是一個綜合的過程，負極SEI膜結構老化，出現(xiàn)破損，引發(fā)自生熱過程；負極鋰枝晶堆積，造成內短路或者遇到高溫環(huán)境與電解液激烈反應。老化帶來的內阻上升，使得熱積累出現(xiàn)的概率上升?？偟膩碚f，老化與熱失控風險存在正相關性。
1.2 各種濫用下的熱失控因素
鋰電池的濫用，一般指由于意外事故或者管理系統(tǒng)故障造成對電池不恰當的使用。常見的類型包括：過度充電，高溫環(huán)境，外部短路和外部作用造成的內短路。
過充電，有研究者認為，在過充條件下的熱失控發(fā)生溫度，取決于正極材料失去過多的鋰離子以后，其結構的穩(wěn)定性；但也有研究指出，過多的鋰單質無法嵌入負極而沉積在負極表面，鋰枝晶不斷生長，一方面刺破隔膜造成局部短路，另一方面鋰單質與電解液發(fā)生反應，放出大量的熱?？傊?，過充電是鋰電池火災的一個重要源頭。
高溫環(huán)境，比如烈日下的汽車內，溫度可以高達130℃至150℃。在這樣的溫度下，鋰電池內部可能出現(xiàn)幾個方面的風險。首先是負極SEI膜的溶解，這個過程一般被認為是自生熱的開始。另外一個因素是一些質量一般的隔膜，在這個溫度開始局部融化收縮， 隔膜的破損將是大規(guī)模內短路的開始。
外部短路，研究人員把鈷酸鋰單體電芯進行直接短路，電芯溫度快速上升至70℃到80℃之間，電量被耗盡。文獻推斷，如果是大規(guī)模成組電芯的短路，散熱條件沒有單體好，則溫度會進一步升高，甚至出現(xiàn)熱失控。
內短路，這個名字用在這里，特指由于擠壓針刺等外部原因造成的電池內部短路。由于外力作用的隨機性，可能出現(xiàn)的短路包括以下四種情況：正極集流體鋁箔與負極材料短路，正極材料直接與負極材料短路，正極集流體鋁箔與負極集流體銅箔短路，正極材料與負極集流體銅箔短路。研究結論，負極材料與正極集流體鋁箔短路情形最為兇險，由于阻值小，短路電流大，散熱不利，這種情形最易發(fā)生起火事故。
2 鋰電池火災的特殊之處
鋰電池火災，是最近幾年電動汽車大發(fā)展后才越來越多出現(xiàn)在人們視野的火災類型，對于消防人員來說，有著與其他火災不盡相同的特點。
首先，鋰電池火災溫度高，如果是工廠或者倉庫起火，其煙氣濃，能見度低，對消防人員觀察火情不利；
其次，大規(guī)模生產存放鋰電池的場所，一旦起火，周邊的鋰電池極易產生連鎖反應，且發(fā)展迅速，很難控制；
再次，某些類型的鋰電池燃燒的產生的煙氣，其中含有有毒氣體；
最后，使用大量的水滅火，成為一種兩難的手段。一方面，火場溫度高，即使火勢熄滅后，也需要大量的水降溫；但鋰電池被水淹沒，可能引發(fā)短路，展開下一段熱失控。
3 滅火劑
針對鋰電池的滅火研究，已經在國內引起了重視。10月底的一個汽車行業(yè)展覽會上，不止一個報告是探討鋰電池火災研究成果的，但暫時只是針對鋰電池火災的特點進行歸納，具體滅火手段的研究還不太深入。
具體滅火手段研究方面，走在前面的是德國，美國和英國。
德國，針對電動汽車火災的撲救，進行過對比實驗。結果發(fā)現(xiàn)，電動汽車火災可以用水撲滅，但是耗水量大。添加F-500和Firesorb添加劑后，滅火效果大為改觀。
美國的研究發(fā)現(xiàn)，鋰電池火災本質上是熱失控引起的，滅火手段中降溫是一個重點。針對便攜式設備的鋰電池起火，篩選實驗結果顯示，水基滅火劑降溫效果最好，氣體及干粉類滅火劑效果不佳。
