為什么鋰電池會爆炸？ 鋰電池相關(guān)安全問題深度解析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-08 10:45
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我們現(xiàn)在生活中使用最多的手機內(nèi)部安裝的是鋰離子電池，造成鋰離子電池爆炸的原因主要有六大方面：
一.外部短路
外部短路可能由于操作不當，或誤使用所造成，由于外部短路，電池放電電流很大，會使電芯的發(fā)熱，高溫會使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。外部短路可能的工位：
² 上電芯未對好，造成正負極接觸；
² 電芯在周轉(zhuǎn)過程中打火；
² 用戶在使用時正負極短路；
² 保護線路板失效。
二.內(nèi)部短路
由于內(nèi)部產(chǎn)生短路現(xiàn)象，電芯大電流放電，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜，而造成更大的短路現(xiàn)象，這樣電芯就會產(chǎn)生高溫，使電解液分解成氣體，造成內(nèi)部壓力過大，當電芯的外殼無法承受這個壓力時，電芯就會爆炸。內(nèi)部短路的工位：
² 正負裁大片毛刺；正負極分小片掉料；負極鉚焊未拍平，有毛刺；
² 卷繞不齊；上部膠位置不對；高溫膠紙包住負極耳；貼底部膠未完全包住底部；
² 隔膜紙有砂眼；烘烤時溫度太高烘壞隔膜；
² 壓扁時壓力太大；
² 組裝短路電芯未檢出；組裝微短路電芯下流；激光焊短路電芯未檢出；
三.過充
電芯過充電時，正極的鋰過度放出會使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而放出的鋰過多也容易無法插入負極中，也容易造成負極表面析鋰，而且，當電壓達到4.5V以上時，電解液會分解生產(chǎn)大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。過充可能的工位：
² 預(yù)充時電流設(shè)置過大；預(yù)充柜個別點電流過大；檢測時電流設(shè)置過大；
² 電芯容量不足；
² 檢測時個別點電壓偏大；用戶使用時充電器電壓偏大。
四.過放
五.水份含量過高
水份可以和電芯中的電解液反應(yīng)，生產(chǎn)氣體，充電時，可以和生成的鋰反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時很容易分解生成氣體，當這一系列生成的氣體會使電芯的內(nèi)部壓力增大，當電芯的外殼無法承受時，電芯就會爆炸。
六.負極容量不足
當正極部位對面的負極部位容量不足，或是根本沒有容量時，充電時所產(chǎn)生的部分或全部的鋰就無法插入負極石墨的間層結(jié)構(gòu)中，會析在負極的表面，形成突起狀“枝晶”，而下一次充電時，這個突起部分更容易造成鋰的析出，經(jīng)過幾十至上百次的循環(huán)充放電后，“枝晶”會長大，最后會刺穿隔膜紙，使內(nèi)部產(chǎn)生短路。負極容量不足的工位：
² 正極來料容量偏高；正負極攪拌不均；正極敷料量偏大；正極涂布不均；正極頭尾部堆料；
² 負極來料容量偏低；負極涂布不均；負極暗痕；負極劃痕；負極凹點；負極露箔；負極顆粒；負極壓片時壓死；正負極分檔配對錯誤；負極包不住正極；
電池的爆炸原因可能對很多人來說比較難理解，大家并不明白什么樣的行為可能會導(dǎo)致電池的爆炸，在給手機充電過程中也不會意識到什么樣的行為是錯誤的操作，會產(chǎn)生危險，下面介紹幾個鋰電池使用注意的小細節(jié)，希望能夠根據(jù)指導(dǎo)準確充電與使用手機：
手機的使用已經(jīng)廣泛的深入我們的生活，但是對于另外一類新能源汽車，有人可能會充滿疑問，新能源汽車究竟是什么？它是使用電池的嗎？汽車中的電池安全嗎？接下來一一解惑：
一.新能源汽車是什么？
新能源汽車是指除汽油、柴油發(fā)動機之外所有其它能源汽車.包括燃料電池汽車、混合動力汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等。其廢氣排放量比較低。據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界現(xiàn)有超過400萬輛液化石油氣汽車，100多萬輛天然氣汽車。目前中國市場上在售的新能源汽車多是混合動力汽車和純電動汽車。主要有以下三類，
油電混合車
純電動汽車
燃料電池汽車
驅(qū)動方式
引擎+馬達驅(qū)動
馬達驅(qū)動
馬達驅(qū)動
能量系統(tǒng)
引擎、蓄電池
蓄電池
燃料電池
能源和基礎(chǔ)設(shè)備
加油站/電網(wǎng)充電設(shè)備
電網(wǎng)充電設(shè)備
加氫氣設(shè)備
排放量
低排量
零排量
超低排量或零排量
主要特點
續(xù)航里程長/仍部分依賴柴油
續(xù)航里程短/
初始成本高
能源效率高/續(xù)航里程長/成本高
商業(yè)化過程
已規(guī)模化量產(chǎn)
有銷售，但未
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仍處于研發(fā)階段
電動車是目前市面上可見的、有機會取代傳統(tǒng)汽、機車的新型交通工具。傳統(tǒng)車輛的動力來源是汽油或柴油引擎，除引擎本體外，還需要油箱、油泵、過濾器、空氣濾清器、化油器、噴嘴與點火裝置等組件，同時排氣管裝有消音器，而且水冷式引擎還需要冷卻水系統(tǒng)。相比較之下，電動汽車的動力系統(tǒng)顯得較為單純。
二. 新能源汽車中的電池
目前市場上常見的電動車，其動力系統(tǒng)分為兩種，一種是采用蓄電池系統(tǒng)的電動車，主要的動力組件是電池組、充電器、電力控制器與馬達等，因此動力系統(tǒng)較為簡單；另外還有以燃料電池為動力系統(tǒng)的電動車。
從全球新能源汽車的發(fā)展來看，其動力電源主要包括鋰離子電池、鎳氫電池、燃料電池、鉛酸電池、超級電容器，其中鉛酸電池、超級電容器大多以輔助動力源的形式出現(xiàn)。主要原因是這些電池技術(shù)還不完全成熟或缺點明顯，與傳統(tǒng)汽車相比不管是從成本上、動力還是續(xù)航里程上都有不少差距，這也是制約新能源汽車的發(fā)展的重要原因。由于汽車需要大電流來帶動，所以鋰電池的特性較為合適，不過由于鋰電池在安全性上的考慮，如果制程有瑕疵會有預(yù)熱起火等問題，所以現(xiàn)在也有許多新產(chǎn)品，希望在安全性上得以提高。
目前市面上主流純電動車型所選用的電池類型：
磷酸鐵鋰電池，是用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池，特點就是不含鈷等貴重元素，原料價格低，而且磷、鐵在地球上的含量豐富，不會有供料問題。它的理論工作電壓適中（3.2V）、單位重量下電容量大（170mAh/g）、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長，在高溫與高熱環(huán)境下的穩(wěn)定性高。優(yōu)點就是，具有更高的安全性、更長的使用壽命、不含任何重金屬和稀有金屬（原材料成本低）、支持快速充電、工作溫度范圍廣。缺點就是，存在一些性能上的缺陷，比如振實密度與壓實密度很低，導(dǎo)致電池的能量密度較低，材料的制備成本與電池的制造成本較高，電池成品率低，一致性差，知識產(chǎn)權(quán)等問題。
三元聚合物鋰電池，是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池。 優(yōu)點就是，能量密度高，循環(huán)性能好，目前，電池的標稱電壓已達到3.7V，在容量上已經(jīng)達到或超過鈷酸鋰電池水平。 缺點就是，高溫結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致高溫安全性差，且pH 值過高易使單體脹氣，進而引發(fā)危險，目前造價較高。
三. 新能源汽車電池的安全性
怎么評判電池的安全性能，我認為可以從三個方面考量。
1. 是否會自燃、爆炸？
至于電動車的電池為什么會爆炸，還是要從原材料說起。 磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，這兩種材料都會在到達一定溫度時發(fā)生分解，不同的是，三元鋰材料會在更低的200度左右發(fā)生分解，而磷酸鐵鋰材料是在800度左右。 并且三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈，會釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)，所以三元鋰材料比磷酸鐵鋰材料更容易著火。因此，有人說磷酸鐵鋰電池是目前最安全的電動車電池。
2. 電池的高壓電流是否安全？
關(guān)于這點，需要結(jié)合到車的設(shè)計一起看，也就是說因車而異。我看過騰勢的一個發(fā)布會，里面說到，這款電動汽車的高壓設(shè)計是完全按照戴姆勒高壓安全要求設(shè)計的。若真是這樣，那我們就不用擔心了，因為，戴勒姆的高壓安全設(shè)計要求，是梅賽德斯-奔馳、保時捷、寶馬、奧迪、大眾5家汽車企業(yè)一致認可的。就沖這五個牌子，也值得我們信任了。
3．電池的輻射大不大？
這里必須要提出表揚的是，我們國家在電磁標準方面的要求是很嚴格的，甚至有些部分的要求是要高于國際標準的。 根據(jù)聯(lián)合國國際衛(wèi)生組織關(guān)于電磁輻射電磁場的安全標準，磁場輻射安全標準為 100μT。我們的手機、充電器、電腦等電子產(chǎn)品均帶有磁場，數(shù)值是在4μT左右。再直觀一點，手機看微信時的電磁輻射為0.20μT，發(fā)微信時的電磁輻射為0.45μT，而播放視頻時的電磁輻射高達19.00μT。而電動汽車的電磁輻射，我找到了“愛卡汽車”網(wǎng)上的幾組實測數(shù)據(jù)：比亞迪e6約為2.95μT；江淮iEV4純電動車約為0.597μT；騰勢車內(nèi)磁場水平最高處約為0.39μT。 所以，對于電動汽車的電磁輻射安全性大可放心。
電動車電池到底哪個好，目前業(yè)內(nèi)也存在很多的分歧，但有一點是一致的，就是，至今尚未有任何一種電池技術(shù)能真正滿足新能源汽車動力電池的所有技術(shù)要求。 但通過我們上面的對比分析，可以看出磷酸鐵鋰電池的表現(xiàn)還是更為穩(wěn)定和安全的。 如果要根據(jù)此選擇購車的話，還要更多的參考車輛的其他性能和配置。
最后，為了大家放心的使用手機和新能源汽車，目前世界上多個國家和國際組織都推出了電池、汽車安全標準和檢驗要求，其中鋰電池和新能源汽車應(yīng)用比較廣泛的幾個標準和檢測有:
¶ 鋰電池標準和檢測
1)IEC62133Edition1.0便攜式和便攜式設(shè)備用密封含堿性或其他非酸性電解液二次電芯和電池（Secondary cells and batteries containing alkaline or othernon-acid electrolytes—Safety requirements for portable sealed secondarycells，and for batteries made from them，for use inportable applications）；
2）IEC61960Edition1.0便攜式設(shè)備用含堿性或其他非酸性電解液二次電芯和電池-二次鋰離子電芯和電池（Secondary cells and batteries contain-ing alkaline or othernon-acid electrolytes—Secondary lithium cells and batteries for portable applica-tions）；
3）IEC60950-1Edition1.0信息技術(shù)設(shè)備的安全（Information technology equipment—Safety—Part1:Generalrequirements）；
4）IEC60086-4:2007一次電池-第四部分：鋰電池安全（Primary batteries–Part4:Safety of lithium batteries）；
5）UL1642Ed4鋰電池（LithiumBatteries）；
6）UL2054Ed2民用和商用電池（Household and Commercial Batteries）；
7）UNST/SG/AC.10/11/Rev.4-2003危險品貨物運輸建議書-試驗和標準手冊（Recommendations on the Transport of Dangerous Goods—Manual of Tests and Criteria，F(xiàn)ourth Revised Edition）；
8）GB/T18287-2000《蜂窩電話用鋰離子電池總規(guī)范》；
9）JISC8714:2007便攜式電子設(shè)備用鋰離子電池的單電池即電池組的安全試驗；
10）IEEEStd1625-2004筆記本電腦用可充電電池（IEEEStandard for Rechargeable Batteries for Portable Computing）；
11）IEEEStd1725-2006移動電話用可充電電池（IEEE Standard for Rechargeable Batteries for Cellular Telephones）。
目前鋰電池的各種標準主要從3個角度來考察鋰電池的電性能及安全性能：1）產(chǎn)品使用安全性；2）環(huán)境適應(yīng)性；3）電性能。不同的標準對電池的檢測各有側(cè)重，例如：IEC61960主要側(cè)重于鋰電池的電性能測試；IEC62133和日本JISC8714要求側(cè)重于產(chǎn)品使用安全和環(huán)境適應(yīng)性安全；GB/T18287不僅包含了部分安全檢測項目，還涵蓋了性能測試；UL2054和UL1642則全面考察電芯和電池在各種使用環(huán)境下，包括故障條件、重壓條件和燃燒條件下的安全性。
