究竟鋰電池為什么會自燃?電動汽車是否可以安全、放心地使用?
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-11 18:23
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自燃原理
鋰是世界上最活潑的金屬。鋰離子電池體積小容量密度高，高能量密度的特性讓其成為電動汽車的首選。鋰離子電池在工作中是利用鋰離子得失電子和遷移聚集來實現(xiàn)電能的儲存的。
在電池充電時，正極里的鋰原子會喪失電子成為鋰離子，產(chǎn)生電勢差。電解介質中的鋰離子在電勢差的作用下，向負極遷移聚集。放電時，整個程序倒過來。整個工作過程是由電極內的鋰金屬得失和電解液中的電子、鋰離子的遷移來共同完成的。
然而，鋰的化學特性太活潑。鋰金屬暴露在空氣中，會與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應，從而產(chǎn)生燃燒、爆炸。
因此，在鋰電池的實際應用中，科學家們千方百計地防止電解液中的鋰離子向鋰金屬轉化，并把金屬鋰鎖在石墨或鋰化合物中，人們常常聽說的，磷酸鐵鋰、鈷酸鋰就是儲存鋰原子的材料。
同時，為了防止空氣進入電池內部，還采取了一系列的防護措施。這使得鋰金屬不會與氧氣接觸而發(fā)生爆炸。
在使用中，鋰電池之所以會發(fā)生自燃，就是由于防護措施不到位或產(chǎn)生了嚴重的外力破壞，導致防護失效，而使得金屬鋰與空氣接觸所造成的。
常見的防護措施
外殼防護，為了防止空氣進入，鋰電池都被封裝在密閉容器沖，并為了防止外力破壞通常配以不銹鋼外殼和鋁合金外殼。例如，特斯拉的電動汽車，甚至采用了鈦合金防護板，以防止汽車使用中，尤其是交通事故中對電池容器的損傷。
隔膜阻斷保護，在防止外力破壞的同時，還要防止來自電池內部產(chǎn)生的破壞。
通常為了防止電池的正負極直接碰觸而短路，電池內會有一層隔膜，一方面將正負極隔開，一方面又允許帶電離子通過。
然而，在鋰電池中，隔膜還承擔著另一項防護職能。在電池溫度過高時，隔膜空隙會自動關閉，讓鋰離子無法穿越，從而終止整個電池的反應。從而防止了電池由于溫度過高，使得其中的電解液氣化產(chǎn)生高壓，破壞電池密封結構的問題。
過充電壓防護，不僅空氣要被阻隔在外，還要防止金屬鋰從電極中外泄。
科學家們通過電極材料的納米空隙和材料晶格機制，來存放和鎖住在充放電中形成的金屬鋰。
這樣一來，即使是電池外殼破裂，氧氣進入，也會因氧分子太大進不了這些細小的儲存格，而避免自燃的產(chǎn)生。
然而，用過高的電壓或充滿后繼續(xù)過長時間的充電，會對鋰電池產(chǎn)生十分危險的損害。
鋰電池充電電壓在高于額定電壓(一般是4.2V)后，如果繼續(xù)充電，由于負極的儲存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰離子會堆積于負極材料表面。這些鋰離子由于極化作用，會形成電子轉移，形成金屬鋰，并由負極表面往鋰離子來的方向長出樹枝狀結晶。
這些沒有電極防護的金屬鋰一方面極為活潑，容易發(fā)生氧化反應而發(fā)生爆炸。另一方面，形成的金屬鋰結晶會穿破隔膜，使正負極短路，從而引發(fā)短路，產(chǎn)生高溫。在高溫下，電解液等材料會裂解產(chǎn)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破裂，讓氧氣進入，并與堆積在負極表面的鋰原子反應，進而發(fā)生爆炸。
鋰電池充電時，一定要設定電壓上限和過充保護。在正規(guī)電池廠家出產(chǎn)的鋰電池中，都裝有這樣的保護電路。當電壓超標或電量充滿時自動斷電。
其實自燃并不容易
在品質合格的外殼、隔膜、電路重重防護下，鋰電池發(fā)生自燃其實絕非易事。
尤其在無機材料鋰電池中，例如，磷酸鐵鋰電池，由于電池不像三元鋰電池中采用了有機材料，即使電池內部發(fā)生了材料破壞和短路，產(chǎn)生的高溫也不會使得無機材料分解而產(chǎn)生高壓氣體，進而爆炸自燃。在實驗中，合格的磷酸鐵鋰電池即使被投入柴火中(柴火溫度低于600℃)，也不會發(fā)生爆炸和自然的情況。
同時，與新能源汽車發(fā)展前期廠家對車輛實際使用中防護措施認識不到位的情形相比，目前，經(jīng)過數(shù)十年的摸索和全球百萬輛新能源汽車的實際使用，從電池廠家到汽車廠商已經(jīng)積累了足夠的經(jīng)驗。
鋰電池的外殼防護強度得到大大加強，即使在整車解體這樣的嚴重交通事故情況下，電池的防護依然可以有效。
在電池隔膜的選用中，廠家也充分意識到采用帶自保護功能隔膜的重要性。目前，一般優(yōu)質的鋰電池產(chǎn)品都已經(jīng)使用了這種技術。而對于防過充電子保護裝置的應用，則早已成為了國家強制的標準。合格的電子保護裝置和成熟的電池組管理系統(tǒng)，已經(jīng)使得新能源汽車鋰電池發(fā)生自燃的幾率大大降低。
