短路锂电池民情实验室｜短路后，锂电池会起火吗？一个小实验来揭秘|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

民情实验室｜短路后，锂电池会起火吗？一个小实验来揭秘

四川日报全媒体记者吴聃卢春阳

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锂电池具备体积小、能量密度高的特点，常用于电动车等各类电子产品动力来源。

有网友反映，短路锂电池非常容易自燃，应该加强对日常使用锂电池的检测。

网友的提醒是否符合实情呢？短路锂电池容易起火吗？5月11日，四川日报全媒体民情记者进行锂电池穿刺测试，模拟内部短路情况。

测试用电池瞬间剧烈反应，

冒出大量浓烟，

但未出现明火，

单块电池电芯冒烟时间持续约30秒，

随后其余电芯也被高温引燃发生反应。

实验过程

温馨提醒

在日常生活中，

锂电池存储时应注意避免冲击，

万一遇短路发生燃烧

应迅速将其转移至户外

避免吸入浓烟，

有条件的建议使用

专用阻燃袋存储。

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锂电池为什么会短路，如何避免

锂电池着火主要是由于内部或外部的热失控事件，这可能由多种因素引起，包括电芯质量问题、PACK工艺问题、充电器问题以及外部原因等。

韩国锂电池厂着火

一、热失控

电芯质量问题 ：负极容量不足、电芯急剧放电电滥用 ：过充电、过放电、大倍率充电等，这些行为会导致活性物质结构破坏和电解液分解产气，增加电池内部压强，最终可能引发热失控机械滥用 ：如挤压、碰撞、针刺等，这些外力作用可能导致锂电池电芯形变，隔膜破坏，正负极短路，从而诱发热失控热滥用 ：锂电池在高温环境下长时间工作，可能导致极化热、反应热、分解热等，这些热源可能引发热失控PACK工艺问题： 打包结构不易散热或排除电池内部气体，连接结构问题导致内部电芯不均匀老化

锂离子电池内的副反应是由电池组方法和连接结构引起

二、枝晶短路

通常认为电池充电过程中，由于锂离子的不均匀沉积导致枝晶形成，从而穿透隔膜，造成正负极之间的短路。

晶枝生长导致活性锂离子减少

枝晶形成原因：

不均匀的锂离子扩散（锂离子在负极表面的扩散不均匀）电流密度过高（加速锂离子沉积负极表面）

锂离子沉积导致活性锂离子减少

环境温度过低（降低锂离子的扩散速率）

影响： 锂枝晶的形成还会使电池的电化学性能变得不稳定，增加了电池在使用过程中出现故障的概率。

常规解决方法：

使用多极性基团的固体电解质作为负极表面的修饰层（阻止晶枝在负极表面形成）降低金属锂沉积最大限制电流（充电电流监控防止加速沉积）使用固态电解质（阻止锂枝晶的生长和蔓延）引入电解液助剂（使锂离子均匀沉降）

三、最新研究结果

然而最新的研究结果表明，锂电池内部短路并非直接由枝晶引起，单纯的晶枝生长并不会刺破电池隔膜。造成隔膜刺破的罪魁祸首是SEI物质沉积相关。

手机电池爆炸

何为SEI物质： SEI又称固体电解质相界面膜，是由多种成分组成的，这些成分随电解液成分的不同而有所变化。SEI膜的主要成分包括Li2O、LiF、LiCl、Li2CO3、LiCO2-R、醇盐和非导电聚合物

SEI膜作用： SEI膜在锂电池中扮演着至关重要的角色。它能够阻止电解液的进一步分解，减少锂离子电池中锂含量的损失，从而对锂离子电池的初始容量损失、循环寿命、倍率性能及安全性等有着重要影响

SEI膜沉积： SEI膜的沉积主要发生在锂离子电池的首次充放电过程中，电解液溶剂和锂盐发生副反应，形成新的化学产物，这些产物在负极表面经过沉淀形成SEI膜，涉及电解液溶剂、锂盐、添加剂、微量空气杂质等成分的还原反应。

SEI膜沉积原因：

温度：温度对SEI膜的形成和稳定性有重要影响。低温有利于形成致密的SEI膜，而高温可能导致SEI膜的结构重整，影响其性能。

温度对SEI膜生成的影响

电解液盐浓度 ：电解液盐浓度影响SEI膜的组成和性能。不同的锂盐可能导致SEI膜的化学组成和结构有所不同，从而影响电池的性能。还原电流 ：还原电流的大小直接影响SEI膜的形成速率和厚度。

SEI膜沉积的危害： 1.大电流导致的不均匀SEI膜，会影响电池的循环性能。

2.加速锂离子沉积，减少锂电池容量，缩短锂电池寿命。

3.阻碍自由锂离子运动，增加电池内阻。

4.形成SEI沉积通路给晶枝通过创造了条件，此项发现意味着，可能是SEI沉积为晶枝穿破理电池隔膜提供了便利，并最终导致了电池短路。

短路机理

四、生活中如何避免锂电池着火

合理控制充电时间 ：避免过度充电，一般建议在8-10小时内完成充电。不在住宅内充电 ：室内易燃物品较多，一旦出现起火事故，容易酿成火灾。不飞线充电 ：飞线充电在天气突变等情况下易酿成火灾。不将电动车停放在狭小空间 ：楼道中的电动车一旦起火，会直接阻断消防逃生通道；而电梯中或室内电动车一旦发生着火，高温及有毒气体会立即导致人员伤亡。尽量避免购买和使用非标电动设备 ：使用非标或超标电动设备会增加风险指数。选购更安全的电池： 选择磷酸铁锂或磷酸锰铁锂电池的电动汽车，铅酸电池的电动自行车，虽然续航会短一些，但是更加安全。不用劣质或者不匹配充电器 ：劣质充电器可能不仅会损伤电池，更有甚可能会使得电池起火爆炸。注意使用温度： 避免长期低温或高温环境下使用锂电池。准备D类灭火器（黄色）： D类灭火器是专门设计用于扑灭轻质金属火灾或可燃金属火灾的灭火器，如镁、钠、铝、钼、锂和钾等金属及其合金。其工作原理是通过化学、物理双机理扑灭易燃金属火灾（扑捉燃烧自由基，切断燃烧反应链，加速金属表面钝化反应终止燃烧）。

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参考资料：

2023年10月7日-The influence of lithium precipitation and SEI film on lithium battery capacity degradation-Hailey2021年5月14日-Cryogenic Laser Ablation Reveals Short-Circuit Mechanism in Lithium Metal Batteries-Katherine L. Jungjohann、Renae N. Gannon