講解鋰電池安全的使用須知
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-04-21 13:24
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鋰電池的失效風(fēng)險(xiǎn)：熱失控
鋰電池為什么危險(xiǎn)？從鋰電池的基本運(yùn)行原理中就可窺知一二。市面上絕大部分鋰電池的主要成分除了正負(fù)極材料外，還有電解液與隔離膜。這些材料與結(jié)構(gòu)的特殊組合造成了鋰離子能在電池正負(fù)極中來回，形成充電與放電的作用。然而這些材料本身在高溫下具有不穩(wěn)定的特性，一旦遇到內(nèi)短路或是其他情況引起的高溫，就可以分解出構(gòu)成燃燒的要件：氧與可燃物。若是這樣產(chǎn)生的熱無法散去，就會(huì)在電池內(nèi)部持續(xù)循環(huán)加速反應(yīng)，產(chǎn)生所謂的“熱失控”，顧名思義就表示了這樣的失效無法控制，相當(dāng)危險(xiǎn)。
隨著鋰電池的應(yīng)用層面廣，安全疑慮也因此擴(kuò)大。一般手機(jī)僅使用了單顆電池，但電動(dòng)車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等應(yīng)用，動(dòng)輒使用上千顆、上萬顆，倘若一顆失效，就可能發(fā)生像是放鞭炮一樣的連鎖效應(yīng)，一個(gè)接著一個(gè)，造成嚴(yán)重的傷害與損失。
因此，UL研發(fā)技術(shù)總監(jiān)王凱魯提醒，“千萬不可以假設(shè)鋰電池一定是沒有問題的，要使用鋰電池，就必須了解它有一定的失效風(fēng)險(xiǎn)。”而鋰電池的用料、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)絕對會(huì)影響熱失控發(fā)生時(shí)的嚴(yán)重性。
電池失效案例與原因
UL以三星Note7起火與波音787飛安事件的電池失效調(diào)查發(fā)現(xiàn)為例，剖析電池失效事故的原因。
三星Note7電池問題，主要是來自兩家不同的電池供貨商在制程品管上分別發(fā)生問題。其一是在電池組裝過程中，鋰電池角落受壓力變形，造成隔離膜無法有效阻隔正負(fù)極，而產(chǎn)生內(nèi)部短路；另一則是鋰電池極耳的超音波焊點(diǎn)突出部位未貼上絕緣膠帶，造成內(nèi)部短路起火，導(dǎo)致產(chǎn)品全面下架回收。
而波音787的鋰電池則是由于鉚釘?shù)脑O(shè)計(jì)，受到飛機(jī)引擎與起降等震動(dòng)使其接觸不良，在高電流下使得局部發(fā)熱造成隔離膜融化，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)未考慮電芯間泄壓閥與失效熱傳遞的影響，造成2013年在一個(gè)月內(nèi)發(fā)生兩起的飛安事件。
總觀而言，UL提出鋰電池會(huì)出問題的真正原因有二，一是在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，把電池當(dāng)成了一般組件使用，但不同于以前的傳統(tǒng)電池，鋰電池本身存在不可抗的熱失控問題必須被徹底了解，電池的質(zhì)量也須進(jìn)行嚴(yán)格控管；另亦沒有考慮到什么樣的環(huán)境下使用才安全，做出最適當(dāng)?shù)囊?；二則是沒有對電池失效做出最壞情況的打算，忽略了失效所可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)與嚴(yán)重性。
經(jīng)深入分析后，這兩個(gè)案例也開始重新思考看待鋰電池的方式。三星從加強(qiáng)質(zhì)量管控下手，也徹底去評估電池安全范圍與失效后的損害。而波音則接受了電池會(huì)熱失控的現(xiàn)實(shí)，從系統(tǒng)端著手改善，利用設(shè)計(jì)去緩解電池?zé)崾Э睾蟮氖印?nbsp;
鋰電池安全應(yīng)用新思維
鋰電池確實(shí)存在不可控的潛在危險(xiǎn)！因此，UL呼吁對于鋰電池的安全要有新的思維模式，若要應(yīng)用鋰電池在產(chǎn)品上，就必須認(rèn)清現(xiàn)實(shí)，鋰電池一定有安全風(fēng)險(xiǎn)，不能當(dāng)作一般組件使用，要懂得如何要求電池的安全性，一方面從質(zhì)量把關(guān)著手，降低出問題的機(jī)率，一方面從設(shè)計(jì)著手，充分了解電池的特性，考慮安全使用范圍，并思考可能失效的方式與嚴(yán)重程度，將緩解失效的模式設(shè)計(jì)出來，降低電池失效的嚴(yán)重性。
此外，UL認(rèn)為預(yù)測失效相當(dāng)重要，王博士重申，電池系統(tǒng)的失效模式應(yīng)該是被“設(shè)計(jì)”出來的，完善的失效模式設(shè)計(jì)可以降低傷害的嚴(yán)重性。波音787的新電池設(shè)計(jì)就是最好的例子，將產(chǎn)生熱失控的熱能透過導(dǎo)管排到機(jī)身外，降低失效的嚴(yán)重性，有效控制失效后的損害。
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