鋰電池事故原因大多是過充電嗎
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-12-06 21:48
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鋰電池（LIB）因自身缺陷發(fā)生事故的概率極低。在2009年3月于美國佛羅里達(dá)州舉辦的電池國際學(xué)會(huì)“26th International Battery Seminar & Exhibit”上，美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室（Sandia National Laboratory，SNL）宣布電池自身引發(fā)事故的概率在1ppm以下。而從事電池安全對(duì)策的美國TIAX LLC則表示事故概率在0.2～0.5ppm之間，超過了品質(zhì)管理方法“六西格瑪（6σ）”的管理極限。
1ppm的概率極低，可以稱之為稀有現(xiàn)象。在美國1年內(nèi)死于雷擊的概率約為1ppm。在日本買彩票中頭獎(jiǎng)的概率為0.1ppm。也就是說，LIB因自身缺陷發(fā)生事故的概率略高于中頭獎(jiǎng)，與雷擊死亡基本相同。這是因?yàn)長IB采取了多重的安全對(duì)策。
然而，LIB實(shí)際發(fā)生事故的概率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ppm的數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)事故并不是電池自身缺陷引起的，而是外在因素導(dǎo)致。在前面提到的學(xué)會(huì)上，SNL表示絕大多數(shù)的事故原因都是擠壓、加熱、過充電等外在因素。
這些情況其實(shí)很少有人知曉。直到現(xiàn)在，不少觀點(diǎn)還把事故的主要原因認(rèn)為是電池自身存在缺陷。日本電池工業(yè)會(huì)最近提出了測(cè)試金屬片進(jìn)入電池是否會(huì)威脅安全性的測(cè)試方法。具體方法是在卷繞后的電池元件中插入金屬片，通過加載壓力，強(qiáng)制使金屬片引發(fā)內(nèi)部短路。調(diào)查在這一過程中，電池是否出現(xiàn)發(fā)熱、冒煙、起火等現(xiàn)象。這是因?yàn)橛兄肛?zé)認(rèn)為“制造工序中混入LIB的金屬片會(huì)成為內(nèi)部短路的導(dǎo)火索，最終引發(fā)事故”。
大多數(shù)制造商已經(jīng)實(shí)施了基本相同的測(cè)試。其代表是在充電后，用釘子穿透電池的“穿釘測(cè)試”。在此基礎(chǔ)上，如果電池中混入金屬片等雜質(zhì)，引發(fā)了微弱的內(nèi)部短路，通過老化測(cè)試應(yīng)該可以予以篩除。這意味著存在缺陷的電池作為商品流入市場(chǎng)的可能性極低。電池工業(yè)會(huì)提出的測(cè)試實(shí)際上是在重復(fù)實(shí)施相同的測(cè)試，其必要性令人生疑。
當(dāng)然，即使制造完成時(shí)不存在內(nèi)部短路，在使用過程中，電池也完全有可能發(fā)生內(nèi)部短路。假設(shè)在充電時(shí)，電極內(nèi)生成枝晶狀金屬，引發(fā)了內(nèi)部短路。造成這種故障的原因主要有兩個(gè)。一個(gè)是充放電時(shí)，電極中摻雜的金屬片溶出到電解液中，在對(duì)極析出。
另一個(gè)是電池內(nèi)部含有數(shù)百ppm等級(jí)（相對(duì)于電解液總量的比例）的大量水分。水分進(jìn)入電池后，會(huì)與支持電解質(zhì)LiPF6發(fā)生反應(yīng)，生成氫氟酸（HF）。HF為強(qiáng)酸，會(huì)溶解正極活性物質(zhì)和集電體，在充放電時(shí)，使這些物質(zhì)在對(duì)極以金屬枝晶的形態(tài)析出。LIB剛剛出現(xiàn)的時(shí)候，同樣在干燥室中制造，干燥的冬季與高濕的夏季的產(chǎn)品相比，冬季的產(chǎn)品在各方面的性能更好，由此可見，LIB對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的濕度非常敏感。
現(xiàn)在，電池的制造工序采取了徹底去除水分的對(duì)策。比方說對(duì)各種材料進(jìn)行干燥。最重要的步驟，是對(duì)容易吸附水分的負(fù)極使用的碳進(jìn)行干燥，使電解液經(jīng)過脫水塔，去除微量水分。而且制造要在露點(diǎn)設(shè)定于-60～-40℃之間的干燥室中進(jìn)行。為保險(xiǎn)起見，卷繞電池元件后，還要使用真空干燥機(jī)再次對(duì)元件進(jìn)行干燥。
采取周全對(duì)策意味著在制造工序之中，哪怕是一丁點(diǎn)的差錯(cuò)，都可能導(dǎo)致電池出現(xiàn)以自身為原因的重大事故。因此，LIB制造商必須銘記，在電池的制造工序中容不得一絲懈怠。
