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锂电池燃烧会发生产生什么气体

锂电池，作为现代电子设备中不可或缺的能源储存装置，其安全性一直是人们关注的焦点。然而，在不当使用或处理的情况下，锂电池有可能发生燃烧，产生一系列危险的现象。本文将详细探讨锂电池燃烧时可能发生的各种现象，并解释其背后的科学原理。

一、锂电池燃烧的初期阶段 锂电池燃烧通常始于电池内部的短路或过热。当电池受到物理损伤、过充、过放或内部材料老化等因素影响时，可能导致电池内部的正负极材料直接接触，形成短路。短路会导致电池内部温度迅速升高，进而引发电解液的热分解和燃烧。

在燃烧初期，锂电池会释放出大量的热量和气体。这些气体主要由电池内部的电解液分解产生的氢气和氧气组成，它们与空气中的氧气混合后，容易形成易燃易爆的混合物。此时，如果电池周围存在可燃物，很容易引发火灾。二、锂电池燃烧的火焰特征 锂电池燃烧的火焰通常呈现出蓝色或蓝白色，这是因为锂电池内部含有多种金属元素，如锂、钴、镍等，这些金属在燃烧时会产生不同颜色的火焰。同时，由于锂电池内部电解液的燃烧，火焰中还会夹杂着大量的黑色烟雾和有毒气体。

火焰的温度极高，可达数千摄氏度。这样的高温不仅会导致电池外壳熔化变形，还会使电池内部的材料进一步分解，产生更多的有毒气体和有害物质。这些物质不仅会对人体健康造成危害，还会对环境和生态系统产生长期的负面影响。三、锂电池燃烧的有毒气体释放 锂电池在燃烧过程中会释放出多种有毒气体，如氟化氢、二氧化硫、一氧化碳、二氧化碳等。这些气体不仅具有强烈的刺激性和腐蚀性，还会对人体造成严重的健康损害。例如，氟化氢是一种剧毒气体，具有强烈的腐蚀性和毒性，能够腐蚀皮肤和黏膜，引起呼吸困难、咳嗽、胸痛等症状；二氧化硫则是一种刺激性气体，能够引起眼睛和呼吸道的不适。此外，锂电池燃烧还会产生大量的颗粒物和烟尘，这些物质中含有大量的重金属和有毒化学物质，对环境和人体健康造成极大的威胁。四、锂电池燃烧的预防措施 为了预防锂电池燃烧事故的发生，我们需要采取一系列有效的预防措施。首先，我们应该选择正规渠道购买质量可靠的锂电池产品，避免使用劣质或假冒产品；其次，我们应该遵循正确的使用和维护方法，避免过充、过放、短路等不当操作；最后，我们应该妥善处理和回收废旧锂电池，避免随意丢弃或非法拆解。同时，对于可能接触到锂电池的人员，如电子产品维修人员、电池生产工人等，应该接受专业的安全培训和指导，了解锂电池的安全知识和应急处置方法。在锂电池燃烧事故发生时，应该立即采取紧急措施，如切断电源、使用灭火器等，并及时报警求助。五、锂电池燃烧事故的处理和应对 一旦发生锂电池燃烧事故，我们应该立即采取紧急措施进行处理和应对。首先，我们应该迅速切断电源，避免电流继续通过电池引发更大的危险；其次，我们应该使用灭火器或其他灭火工具进行灭火，并尽可能将火势控制在最小范围内；最后，我们应该及时疏散人员并报警求助。在处理锂电池燃烧事故时，我们需要注意以下几点：一是要佩戴好防护用具，如手套、口罩等，避免直接接触有毒气体和有害物质；二是要遵循正确的灭火方法，避免使用水或其他不适当的灭火剂；三是要及时联系专业机构进行事故处理和评估，确保事故得到妥善处理并避免类似事件再次发生。总之，锂电池燃烧是一种极其危险的现象，它不仅会对人体健康造成严重的危害，还会对环境和生态系统产生长期的负面影响。因此，我们需要采取一系列有效的预防措施和应对措施来降低锂电池燃烧事故的发生概率和危害程度。同时，我们也需要加强对锂电池安全知识的普及和教育，提高公众对锂电池安全性的认识和重视程度。

锂离子电池在过充中都产生了什么气体？

过充是锂离子电池在使用过程中可能面临的滥用场景，一般我们认为锂离子电池发生过充时主要会发生一下反应：1）层状正极材料因为过度脱锂而发生结构的坍塌；2）正极材料电势过高，引起电解液的氧化分解；3）过量的Li导致负极表面析出金属Li。但是美国阿贡国家实验室、桑迪亚国家实验室和橡树岭国家实验室的Javier Bareño等人【1】研究发现NMC532材料电池在过充后并没有发生结构坍塌，电解液分解和负极Li析出才是主要反应，电解液在高电压和高温下分解常见的气体主要包含CO、CO2、CH4、C2H4等，下面表格为大家梳理了一些常见体系在过充过程中可能会产生的气体种类。

法国国立奥尔良大学的 Y. Fernandes 采用新方法对锂离子电池在过充过程中产生的气体进行了分析，与以往的实验不同的是 Y. Fernandes 的方法不仅能够定性的分析过充中产生的气体的种类，而且能够定量分析这些气体的产生数量，从而帮助我们深入的理解锂离子电池在过充中的反应机理。

实验中Y. Fernandes采用了圆柱形26650LFP电池作为研究对象，电池的主要构成如上图所示，从重量上来看正极、负极、Al箔、Cu箔和电解液组分占比超过80%。在实验之前电池首先被充电到100%SoC（3.6V），然后在密闭容器中对电池5A恒流充电，实验一直持续了2h（电池达到500%SoC，电压达到7.2V），下面的动画所示演示了过充过程中电池的变化，可以看到电池首先是少量放出气体，然后壳体开裂，并放出大量烟雾。

Y. Fernandes采用两种方式分析了实验中产生的气体种类，一种是样品瓶收集，实验完成后对产生的气体进行定量的分析，此外Y. Fernandes还采用了实时气体浓度分析的方法，分析了不同反应阶段释放气体的种类和浓度。

下图展示了过充过程中电池释放出的气体的种类和体积分数，从表中我们能够看到电池过充释放出的气体主要包含CO2（47%），H2（23%）和C2H4（10%）、CO（4.9%）、C2H5F（4.6%）。

下图展示了在过充不同阶段气体的种类和浓度变化，根据测试结果我们可以将电池在过充中气体释放的过程分为下面的过程：

1）从0到362s，电池没有释放出任何气体；

2）从362s（120%SoC，电池温度53℃），电池开始释放出少量的气体，主要包含DMC, EMC, CH4,CO, CH3OCHO, CH3OCH3和CO2，需要注意的是由于探测器无法检测H2，因此并不意味着此时没有H2产生。

3）在584s，电池壳体出现裂缝，因此584s到600s大量的气体从裂缝喷出，此时气体种类仍然主要是上述几种气体。

4）在600s，电池温度达到116℃，开始出现新的气体，例如CH3OCH3，CH3OCHO和C2H4

5）在600到840s，，尽管电池内部已经没有电流通过，电池表面的最大温度仍然升高到144℃，此时气体的浓度顺序为：DMC > CO2> C2H4, EMC > CO > CH3OCH3> CH3OCHO > CH4。

6）从840到900s，电池开始降温，并出现了一种新的气体——HF。

7）900到1500s，电池的温度持续降低，DMC、EMC和HF的浓度持续升高，在1500s时DMC的浓度达到最高。

8）1500s-2500s电池温度再次升高，在2500s时EMC的浓度达到最高，并开始下降，只有HF的浓度仍然在升高。

9）2500s后电池的温度持续降低，并达到95℃的稳态，HF仍然唯一一个浓度持续增长的气体。

整个过充的过程中产生气体达到1643mL，电池过充中产生的气体所占的摩尔比例如下图所示，从图中我们能够蒸发的电解液溶剂占到了过充过程中产生气体总量的60%（摩尔比）左右，此外比例较多的气体主要是CO2（摩尔比18%）、H2（摩尔比9%）和C2H4（摩尔比3.9%），此外还有1.3%（摩尔比）左右的HF，鉴于HF在整个反应中持续产生，表明HF的产生机理与气体不同，Y. Fernandes认为主要是空气中的水分侵入到电池内部（电池开裂后）与LiPF6发生反应导致的。

从气体组成我们能够看到，过充过程中释放的气体中含有大量的可燃成分，例如EMC、DMC和H2等，虽然其中含有一定数量的CO2，但是其比例太少无法抑制燃烧反应，因此在特殊情况下这些气体会发生持续的燃烧反应，造成一定的危险。

Y.Fernandes 的工作为我们揭示了锂离子电池在过充过程中产生的气体的种类和数量，还详细分析了过充中产生的气体种类和浓度随着时间的变化规律。研究表明过充过程中释放出的气体主要是挥发出的电解液溶剂（摩尔比达到 60% 左右），因此这些气体具有较强的可燃性，可能会引发连续的燃烧反应 。