锂电池起火原因 为什么锂电池会着火?

小编 2024-10-07 聚合物锂电池 23 0

为什么锂电池会着火?

锂电池是一种体积小,重量轻的电池且电量充足,在持续充放电的条件下依旧运行良好。锂电池随处可见—记事本,相机,手机和电动汽车。虽然很少发生事故,但是所发生的事故都是显著的,或引起火灾,导致爆炸。为了了解这些电池为何会着火,并如何将事故的风险降至最低,需了解电池的工作原理。

锂电池如何运作?

锂电池是由两个由电解质隔开的电极组成。通常,电池将来自锂金属阴极的电荷通过含有锂盐的有机溶剂组成的电解质转移到碳阳极。具体情况取决于电极,但锂离子电池通常含有一个金属线圈和易燃的锂离子液体。微小的金属碎片漂浮在液体之中。电池的内容物处于压力之下,所以如果一块金属碎片刺穿了保持物件分离的隔板时,或者电池被刺穿,那么锂与空气中的水发生剧烈反应所产生的高温,有时会导致电池着火。

CR2032 钮扣型锂电池

锂电池为什么会引起火灾、爆炸

锂电池以最小的重量提供了高电量输出。电池组件的设计以轻巧为主,这意味着电池和薄外壳之间是薄分区。隔板和涂层相当脆弱,它们可被刺穿。如果电池受损,就会发生短路。一星点火花也可点燃高活性锂。

另一种可能性是,电池或会被加热到热失控的程度。这里,内容物的热量对电池施压,便有可能导致电池爆炸。

三种锂电池范例

将火灾或者爆炸的风险降到最小

如果将电池暴露在高温环境或者电池内部原件被破坏都会增加电池着火、爆炸的风险。你可以从以下几种风险情况中吸取教训:

·禁止放置在高温环境。不要让电池接触高温的工具。不要让电脑被毯子盖住。不要把手机放在温暖的口袋里。你要记住啊。

·避免把所有含有锂离子电池的物品放一起。在你旅行过程中,尤其是乘坐飞机时,你不可避免的会把所有的电子设备放在一个包里。因为电池必须放在你的随身行李中,不过通常情况下,你可以留一些空间在装有电池的物品之间。虽然锂离子电池靠的太近并不会增加火灾的风险,但如果事故发生了,其他电池也会着火,这会让情况变得更糟。

·避免电池过度充电。这些电池不像其他的可充电电池那样遭受到严重的“记忆效应”的影响,所以它们可以多次放电和充电,几乎恢复到原来的电量。但是,它们在充电之前被完全排干电量或者被过度充电,它们的表现就不会太好。汽车充电就因为电池的过度充电而臭名昭彰。所以使用原装充电器之外的任何充电器充电都会增加电池毁坏的风险。

相关知识——锂

锂(来自于希腊语: λίθος,翻译:lithos,)是一个化学元素,符号为Li,原子序数为3。是一种柔软的、银白色的碱金属元素。在标准情况下,它不仅是最轻的金属,还是最轻的固体元素。和所以碱金属元素一样,锂十分活泼、十分已然,所以必须存放在煤油中。

用锂作为燃料发射出鱼雷

切开它的时候,它的切面会显现出金属光泽,但是由于解除了空气,切面会立刻变成暗银灰色,接着便失去光泽,变成黑色。自然界中锂不会以单质的形式存在,只会以化合物(通常是离子化合物)的形式存在,像是伟晶盐矿石,它们曾经是我们人类的主要锂元素的来源。由于锂盐的可溶性,它大多分布于大海中,所以可以从卤水中提取。锂金属单质可以通过电解熔融氯化锂和氯化钾的混合物的方式提取出来。

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锂电池为什么会起火?

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我们经常看到一些由锂电池引起的安全事故,给人印象最深刻的莫过于锂电池产生的爆炸、起火。一台带有50度电的电动车如果完全失控起火,释放出的能量高达1.8亿焦耳,相当于43公斤TNT炸药释放的能量。锂电池为什么会动不动就起火自燃?

锂电池起火自燃的直接诱因是电池的热失控,所谓热失控,是指电池受各种刺激引发了内部短路,导致电池内部温度升高上千度,易燃的电解液沸腾、喷出,接触空气后就会燃烧。

目前,电池内短路主要有三种诱因,机械失控、电化学失控以及温度失控。

在机械失控中,最常见的就是电池受挤压或者针刺发生破损,这会导致电池隔膜被刺穿,正负极板直接连通造成内部短路,放出巨大的热量。

最典型的例子就是近日深圳市发生的一起电动货车追尾校车事故,追尾导致货车的电池包被过度挤压,发生大面积内短路,最终货车被烧成了空壳。

如果电池布局不合理,长时间使用后也会出现问题,当年使用三星SDI锂电池的NOTE7,因为留给电池的空间太小,外部负极板遭到挤压变形出现短路,最终使得NOTE7发生了多起自燃事故。

电化学失控的原因有很多,电池质量不好就是一个重要诱因。还是这台NOTE7,当SDI锂电池出问题后,把产能都压到ATL锂电池上。急速地提升产能,导致这批电池的质量下降,电池内部负极铜板上粘附的碎屑和毛刺含量超标,在电池充放电过程中,大量铜金属的碎屑和毛刺混进电解液中,极易把隔膜戳穿,造成内部短路。

而在电动车上,过度充电和大电流快充就是诱发电化学失控的“罪魁祸首”。

当电动车使用了不合规的充电桩,充电桩有可能会输出锂电池无法承受的大电流,在电池内部,充电速度太快,会让锂离子在负极的表面形成像树枝一样的枝晶,这些枝晶像针尖一样又细又硬,当枝晶生长到一定的长度,就会戳破隔膜诱发内短路。

不仅如此,充电桩不合规还有可能过度充电,当电池满电后继续充电,电池负极就会塞进更多的锂离子,当超过负极的最大承受能力时,就会出现坍塌,轻则造成电池鼓包,重则导致内部发生短路。近期在东莞发生的一起电动车起火事件,很有可能与过充和快充都有关系。

而要说到温度失控,主要原因就是锂电池非常怕热,当锂电池在高温下进行充放电时,正负极片会和电解液发生额外的反应,放出氧气和额外的热量。多重热量的冲击,很容易造成隔膜的熔解,进而出现大面积短路。现在已经是夏季,很多电动车在烈日暴晒下充电,如果本身散热不给力,很容易导致电池发生热失控起火。

电池爆燃非常危险,严重时甚至会威胁生命,因此汽车和手机厂家也想出了很多办法来保护电池。

在手机这类3C电池领域,自从NOTE7发生爆炸后,使用的锂电池基本都从锂离子电池转向了锂离子聚合物电池,将之前锂电池中易燃的液态电解液换成了凝胶状的电解液,更换之后即便是电池被戳破,最多就是鼓包,也不会发生爆燃。

而在电动车上面,由于凝胶状的动力电池暂时达不到装车要求,只能想办法尽可能的保护好电池。

锂电池怕被戳、被挤,那么在电池包的外部就加上了防撞材料,底部抹上了防刮涂层。

锂电池怕快充和过充,那就做好电池管理系统,实时控制充放电的电流,监控每一节电池的健康。

锂电池还怕热,那就为锂电池做一套液冷系统,保证夏天也不会过热。

在最新的国家标准中,电动车锂电池发生热失控后,要做到5分钟内不起火、不爆炸。如果你乘坐的电动车不幸起火了,迅速捂住口鼻,想办法抓紧下车,并离开电动车超过15m以上,不要企图去灭火,你才有机会在电池起火后绝地求生。

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