鋰電池?zé)崾Э氐谋憩F(xiàn)有哪些？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-22 11:19
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鋰電池?zé)崾Э貢r一般伴有大量白煙、溫度高、能見度低且有大量腐蝕性氣體產(chǎn)生，使消防人員開展滅火工作產(chǎn)生困難。并且由于電池內(nèi)部組分提供了可燃物和氧化劑，干粉、泡沫等常規(guī)滅火劑基本不能夠熄滅電池著火。大量的水雖然可以冷卻電池系統(tǒng)起到一定的滅火作用，但在電池殼體發(fā)生破壞的情況下，電池內(nèi)活潑的金屬鋁遇水燃燒，反而可能加大火勢甚至引起爆炸。在文獻(xiàn)研究中有提到可采用亞納米級固相微粒和惰性氣體混合物的氣溶膠作為滅火劑。但……這并不常規(guī)。
所以我們看到，特斯拉在地下車庫內(nèi)著火之后，只能等待車輛完全燒完，而沒辦法施以有效的滅火手段，并且還需要封鎖車庫，避免人員第一時間進(jìn)入造成中毒。
☆易燃不代表危險，汽油也易燃，失控才是
上邊頻繁提起的一個詞是熱失控，這是鋰電池發(fā)生自燃、危險的主要原因。熱失控是指電池使用過程中產(chǎn)生的熱量無法散出，溫度異常升高反而導(dǎo)致電池內(nèi)部反應(yīng)更加劇烈，放出更多的熱，兩相促進(jìn)最終導(dǎo)致燃燒或爆炸。
比如這張圖：某NCM電池負(fù)極（材料為鈦酸鋰）的溫度與放熱曲線。正常的鋰電池在使用過程中BMS應(yīng)該將電池溫度控制在合理范圍內(nèi)。但如果電動車的熱管理設(shè)計(jì)不好，可以看到，隨著電池溫度的上升，電池內(nèi)部自行產(chǎn)生了多個放熱峰值，80攝氏度左右SEI膜開始溶解，產(chǎn)生大量的熱，隨后溫度繼續(xù)上升135℃左右隔斷開始溶解，正負(fù)極短路，溫度急劇上升到200℃左右，正負(fù)極材料與電解液開始反應(yīng)，放熱量極大電池爆燃。
在溫度達(dá)到一定的閾值之前，過高的溫度雖然會導(dǎo)致電池的損壞，但并不是完全致命的，如果電池安全機(jī)制設(shè)計(jì)良好，還有機(jī)會壓制溫度，但到了某個閾值，形成了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，那爆燃就不可避免了。（各個溫度節(jié)點(diǎn)隨鋰電池材料工藝不同會有區(qū)別，比如三元鋰電池的熱失控溫度在190℃左右，而磷酸鐵鋰的熱失控溫度在230℃左右）
因此，磷酸鐵鋰電池相對會比三元鋰電池更加安全，而另一邊，雖然都是易燃易爆品，但汽油的潛在危險程度在經(jīng)過了汽車百多年來的發(fā)展，也已經(jīng)降的比還是新生事物的鋰電池更低，這一點(diǎn)不可否認(rèn)。
☆是什么導(dǎo)致了熱失控
但是，失控并不是那么容易發(fā)生的。為什么會發(fā)生熱失控？有電池的內(nèi)因（自發(fā)的），也有外因。什么叫內(nèi)因，那就是你正常使用，不磕不碰不犯錯，電池內(nèi)部自己莫名其妙短路自燃了。只要是能夠通過國家標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)的產(chǎn)品，這個概率是其實(shí)是很低的。
內(nèi)因受材料和工藝影響。磷酸鐵鋰就比三元鋰安全，因?yàn)樗臒崾Э販囟雀撸ㄈ?90℃，磷酸鐵鋰230℃），出問題的概率也就低。但目前來看，比起材料造成的差異，工藝的影響更大，比如電池制造過程中隔膜表面吸附有導(dǎo)電的金屬粉末、電池各部件尺寸不能精確匹配、電極片邊緣不平整、電解液分布不均勻、正極材料純度不夠等等都有可能造成電池內(nèi)部短路，導(dǎo)致不可逆的溫升起火。
外因和錯誤的使用有關(guān)，包括過充、外短路、高溫、超壓和外力沖擊等。過充電會導(dǎo)致正極過度脫鋰而負(fù)極過度嵌入，產(chǎn)生鋰枝晶，對正負(fù)極造成不可逆的損壞并持續(xù)升溫。
鋰電池的壓力也可以分為內(nèi)壓和外壓，內(nèi)壓來自于電解液的熱膨脹、鋰枝晶形成、氣體轉(zhuǎn)變等；外壓來自于環(huán)境壓力、機(jī)械碰撞帶來的擠壓、壓力變化等，不論外壓還是內(nèi)壓，超過一定限度，電池內(nèi)部強(qiáng)度較低的隔膜、粘結(jié)劑就會產(chǎn)生變形、導(dǎo)致鋰電池內(nèi)部短路工作異常，引發(fā)事故。
外力的沖擊、振動、跌落、擠壓、穿刺等行為也會導(dǎo)致電池隔膜破裂并致使短路，對于電池組，外力也可能導(dǎo)致控制芯片及器件的損壞，進(jìn)而引發(fā)劇烈燃燒乃至爆炸事故。相對于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在面對針刺和外部高溫試驗(yàn)時溫升更大，毒性氣體釋放量也更大，熱失控溫度低，潛在危險也更高。
