锂电池漏气 “718”杭州电动车起火元凶找到，锂电池缘何成“隐形炸弹”？

“718”杭州电动车起火元凶找到，锂电池缘何成“隐形炸弹”？

◎ 科技日报记者 陈曦

7月18日，杭州父女骑电动车在玉皇山路行驶的过程中，电动车突然起火爆燃，车上父女被严重烧伤。

电动车突然起火爆燃。图源：央视网视频截图

7月21日，杭州市消防救援支队调查组通过调查取证，初步判断“7·18”电动车起火原因与其锂电池故障有关。

不久前的5月10日，成都一小区的电梯内，电动车突然起火，导致多人受伤。

短时间内多起电动车起火爆燃事故，是什么让锂电池变成了我们身边的“隐形炸弹”？爆燃的锂电池威力为何如此巨大，瞬间就能燃起熊熊大火，让人连自救的机会都没有？

为此，科技日报记者请到天津大学化工学院的张生教授进行解答。

锂电池热失控就像多米诺骨牌

张生介绍，锂电池以能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、自放电率低和对环境无污染等优点，得以被快速地推广使用。

目前，锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且可以充电。而锂金属电池由于其自身的高技术要求限制，只有少数几个国家的公司在生产。

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。“但是由于锂电池的热不稳定性，锂电池的安全问题也逐渐引起重视。”张生表示，轻则造成漏液，电池体内温度上升，保护层逐渐毁坏，致腐蚀性电解液发生泄漏。更进一步，造成自燃，锂电池短路时产生的火花会在瞬间点燃电解液，并引燃塑料机身。

“更严重的会引发起火爆燃。而且之所以会在短时间内燃起熊熊大火，是因为锂电池火灾爆燃是一系列的连锁反应。电池热失控就像多米诺效应，产生越来越多的热量，最终引发起火爆燃。”张生强调，锂电池中同时含有加压的环境下易燃的电解质，提高了锂电池发生爆燃事故的可能性。

锂电池短路是造成起火爆燃重要原因

张生介绍，锂电池发生起火爆燃的原因主要包括过充、短路、受热等。

过充：当使用非原装充电器，或者充电器运行不正常的情况下，对电池进行充电可能会导致电池的温度上升。

在锂电池充电初期，由于电池具有一定的电阻，则电流通过电阻时会产生一定的热量，此时电池表面会出现缓慢的升温现象。当电池充满电后，原本锂离子在电池内一直以离子形式游离在正负极之间，但因为电池充满电，负极已无法被继续填入。

“但由于此时的负极可能具有较高的嵌锂能力，那么锂离子会继续从正极析出并以单质的形式在负极表面沉积，金属锂由于具有较高的金属活性此时会与溶剂反应，导致嵌锂碳也与溶剂发生放热反应。”张生介绍，由于该反应产生的大量热量，将导致热失控的发生，随之伴生出更多连锁放热反应，电压和温度的迅速升高，使电池发生着火和爆炸。

当电池过度充电时，一般电池内都会有一个过充电的保护装置。以手机电池为例，保护装置的原理是在电池内安装一个电压检测的保护电路IC。

“如果保护电路IC没有失效，那么在一般过充情况下，电池由于充电产生的热在正常环境下可以自然散去，过充仅仅会使电解液分解，那么电池依然安全。”张生表示，但是如果电池在非正常充电条件下过充，比如使用了高倍率的充电器进行充电，或者充电时外部环境温度较高影响电池的散热，或者电池本身的设计使得电池的散热缓慢的条件下，由于过充的升温和热量无法散去的双重条件下，隔膜逐渐被融化。一旦隔膜融化，电池内部就会发生短路，此时电芯会急剧放电，温度快速升高，引发电池的材料被点燃，最后发生爆燃。

电解液在过充的条件下会发生气化，此时电池的内压会逐渐增加，因此锂电池在设计的时候为了防止内压过高发生鼓胀，会在外壳上安装泄压装置，用于进行内压的调节。而当泄压装置失效时，由于过充电池将发生鼓胀甚至导致电池芯损坏，损坏后的电池芯会产生一系列的放热反应引起爆燃事故。

此外，在实际应用下，由于设计、管理、工艺等多种原因都可能导致保护的IC失效，此时电池会继续充电。

短路：在电池出现短路故障的时候会导致电池稳定性备受影响，同时会释放出很多气体。这样的情况会让电池出现热失控，在较短时间集聚很多热能，致使产生起火爆燃事故。

“电池短路一般可以分为外部短路和内部短路。”张生介绍，正常情况下，电池内部由于工作或充电，温度会越来越高，但是由于电池自身有散热，且电池中有SEI膜，因此当温度升高到较高温度时，SEI膜会把细孔关闭。电池内的电化学反应则会终止，电池的温度也会缓缓下降。但是如果电池受到针刺、撞击等外部冲击导致SEI膜被击穿，电池则会发生短路。

“一旦电池短路，其正极的热分解反应及其他放热反应也会随之发生，使得电池温度快速升高，电解液会被快速汽化，从而因热失控的发生而导致起火爆燃。”张生表示，内部短路主要是因为锂离子的树枝状结晶穿破隔膜所造成，过充是内部短路引发的爆炸的主要原因。使用陶瓷隔膜和负极热阻层等保护涂层可以有效防止电池内部短路。

外部温度因素：电池在高温下，由于热传递，电池内电解液温度升高，电池内的SEI膜由于电解液的高温可能被熔化，SEI膜一旦被熔穿，电池则会发生如上所说的电池短路现象，从而促使放热反应的生成导致电池起火爆燃。

内在因素：产品内在因素包括电池结构的设计、产品质量控制等。电池芯由正极、负极、隔膜和电解液等几部分组成，其材质选择、工艺控制和结构设计，将影响电池的充放电特性。

“更重要的是如果结构设计不合理、材料选择不当或工艺控制不好，在过充电过程中，则容易出现电解液气化、电极短路和电池过热而发生。”张生说，同时，如果生产过程中发生电解液注入量不足、焊接密封性差导致漏气、正负极片壳壁偏厚未达工艺要求、壳壁偏厚或变形、密封性不好导致极片吸水，水分与电解液反应等情况，有可能影响产品的质量从而引发起火爆燃事故。

张生强调，综上所述，引发锂电池爆炸的原因包含多个方面。其中，短路造成起火爆燃的事故占了锂电池故障的很大比例，而隔膜的材料无法从本质上杜绝短路的发生，希望将来的研究能够寻找到更安全的隔膜材料，从而减低锂电池短路故障的发生。

来源：科技日报

来源： 科技日报

电池泄漏的原因和解决方案-一个有用的指南

电池是我们日常生活中广泛使用的电源，可以为各种设备提供能量，如摩托车电池、手电筒电池和其他电动工具电池。然而，有时电池会出现电池泄漏，这会让我们感到困惑和担忧。

那么，为什么电池会泄漏呢？电池泄漏的主要原因是由于电池中的化学反应，电解液会发生化学变化并逐渐分解，导致电解液泄漏。此外，使用时间过长或电池老化也可能导致电池泄漏。

铅酸蓄电池的蓄电池泄漏分析

近年来，铅酸蓄电池泄漏引发的事故屡见不鲜，蓄电池泄漏对整个系统的安全运行造成的损害十分严重。因此，了解铅酸蓄电池泄漏造成的危害、原因及对策是非常必要的。

电解质

大功率铅酸蓄电池的生产工艺一般采用贫液技术，阴极产生的O2通过超细玻璃纤维隔板通道到达阳极进行复合吸收。

如果电池中的电解液量过多，压力增加，导致复合通道堵塞，则会增加电池的内部气体压力，并导致电池在电池密封不好的地方泄漏。

安全阀

一种是电池中加入过多的酸，电池处于富液状态，堵塞了O2重整的气体通道，电池产生的气体无法重组。内部压力的增加导致安全阀频繁打开，气体溢出安全阀并在电池外冷却，在安全阀周围冷凝成酸。

二是安全阀周围的橡胶垫老化，电池的密封性能发生变化，导致阀门开启压力下降，安全阀长时间开启，酸雾凝结成液体，造成电池泄漏。

极端子

极点泄漏现象在数据中心中相对常见。蓄电池运行一年后，一些极端子会泄漏。通常在运行五年后，极端子泄漏问题非常严重。

造成电池泄漏的关键原因是极性金属与电池盖密封胶配合不好，极性端子在酸性环境中被氧气腐蚀。在内部空气压力的作用下，电解液沿着腐蚀路径流向端子表面，导致电池泄漏。

电池盖

目前，电池箱盖的密封方式有两种：环氧树脂密封和热密封。环氧树脂胶封泄漏，主要是因为胶封控制条件比较严格，要求控制好环氧胶配方和固化条件。否则，密封胶和外壳之间的接缝将无法很好地粘合，形成泄漏通道，导致电池泄漏。

铅酸蓄电池泄漏的预防措施

要解决电池泄漏问题，最重要的是要保证铅酸电池的质量，例如确保电池中的电解液量在合理范围内，确保电池壳的密封性，确保电池盖密封的有效性。

绝缘垫

在数据中心安装绝缘垫是防止大功率铅酸电池短路的最简单、最有效的方法，也是防止电池泄漏的腐蚀性液体与电池底部金属框架之间导电导致的电气短路的最有效方法。

绝缘护套

将金属承重梁完全包裹起来，以防止腐蚀性液体在电池和框架之间泄漏并导致电气短路。

防漏托盘

托盘的厚度被设计为具有一定的强度来承受电池的重量。在托盘的内底部设计了导流肋，将电解液扩散到托盘中，避免电解液在一个地方过度沉积，使电池能够长时间浸泡在电解液中。

锂离子电池会发生电池泄漏吗？为什么会发生电池泄漏？

一般来说，锂离子电池在正常条件下不会泄漏电解液或其他化学物质。然而，糟糕的制造工艺和不当的使用方法会增加锂电池泄漏的可能性。以18650电池和聚合物电池为例，探讨了锂离子电池泄漏的原因和后果。

圆柱形电池泄漏的原因

圆柱形电池泄漏的主要原因是内部压力过大和外部包装不合格。在电池制造过程中，如果出现以下问题，很容易导致电池泄漏：

● 将电池壳焊接到盖上时，焊缝较弱或未密封。

● 当安全阀密封时，安全阀的尺寸不合适。安全阀的材料与外壳的材料不同。

●绝缘垫片的弹性不合适。不耐腐蚀，易老化。

如果在使用电池过程中出现以下问题，也可能发生电池泄漏：

● 蓄电池充电电压过高或电流过高

● 电池在正常使用过程中经常磕碰，电池内部强度不够

● 充电异常导致过度充电或过大电流放电（损坏电池大电流保护系统）

聚合物软包电池中电池泄漏的原因

腐蚀和软包电池泄漏问题，对于软包电池来说，对电池密封起作用的主要过程是包装过程，而包装的质量直接决定了电池的性能。需要从泄漏类型进行具体分析。一般来说，铝塑膜腐蚀和泄漏的原因可分为三类：

化学腐蚀

对于锂离子电池来说，氢氟酸是一种腐蚀性特别强的酸，因为水分会与电解质反应产生HF。它会对铝塑膜、集电器和正极材料造成严重损坏。塑料薄膜被腐蚀和损坏后，蓄电池将出现故障。

电化学腐蚀

电化学反应引起的腐蚀和袋状电池泄漏相对难以检测。一般情况下，随着使用时间的增加，电池的腐蚀和泄漏会逐渐变得严重。此故障模式具有较长的延迟。电化学腐蚀通常有两种发生条件：离子短路和电子短路。

物理原因

由于电池滥用、不小心碰撞，以及电池自身气体和膨胀导致的包装故障，也会导致电池泄漏。电池滥用，包括电池过度充电、过度放电、高温使用等，都可能导致电池产生气体、鼓包和封装失效。

如何处理电池泄漏

如果蓄电池开始泄漏，应立即执行以下操作：

● 检查电池盒。在许多情况下，由于电池安装不合理，电池箱内残留焊渣，以及电动汽车车架下部底盘碰撞，导致外壳损坏。

● 拆下盖板，检查安全阀周围是否有电池泄漏的痕迹，然后打开安全阀，检查电池内部是否有电解液流动。

● 如果前两个步骤没有异常，则需要进行气密性测试。

充电时，有必要观察是否有电解液泄漏。

一旦发现电池泄漏，您需要关闭设备并拔下电池插头以确保安全。同时，您应该寻求专业帮助，您可以联系电池制造商，学习如何以安全和负责任的方式处理电池泄漏。

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