锂离子电池火灾及初期处置对策

来源:【拓尔德TRD】 发布日期:2022-11-23 分享 加入收藏 关注:37

锂离子电池基本认识


所谓「知己知彼,百战百胜」,我们从锂离子电池的基本构造开始介绍,其主要的构造由:正极、负极、隔膜、电解液(锂盐加有机溶剂构成)组成,如果依其组成常见的分类如下述:


一、磷酸铁锂电池

系指以磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。其特色为不含钴等贵重元素,原料价格低且磷、铁存在于地球资源含量丰富,不会有供料问题,其工作电压适中,单位重量下电容量大的高放电功率,可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。


相较目前常见的三元锂电池来说,磷酸铁锂电池至少具有以下优点:安全性高、使用寿命长、不含任何重金属和稀有金属(意即原材料成本低)、可快速充电、工作温度范围广。因此,世界电动车霸主TESLA 也由三元锂电池转向以磷酸铁锂电池为动力使用。


但磷酸铁锂电池也存在一些性能上的缺点:压实密度很低,导致锂离子电池的能量密度较低;虽然材料取得成本较低,但半成品的制造及准备与电池的制造成本却相对较高;产品一致性差及低温时性能会明显受到影响等。


二、三元锂电池

正极材料常使用镍钴锰酸锂(Li〈NiCoMn〉O2),负极通常是石墨。能量密度大,因此常被广泛使用。三元锂电池主要有镍钴铝酸锂电池,但由于镍钴铝的高温结构不稳定,致使易产生高温,进而引发危险,也因此其安全性问题常受到怀疑。


之所以会有这样的原因是由于,即使磷酸铁锂与镍钴锰酸锂这两种材料都会在到达一定温度时发生分解,不过三元锂材料相比于磷酸铁锂电池会在较低温下发生分解,且三元锂材料的化学反应较为剧烈,可能会释放氧分子,于高温作用下电解液迅速燃烧,发生连锁反应。换句话说,就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。


正因为三元锂材料有这样的安全隐患,因此根据三元锂材料容易热解的特性, 厂商为抑制事故发生, 在过充保护, 过放保护, 过温保护,过流保护这几个安全保护措施上都下不少的功夫,以防止三元锂电池之燃烧。


导致锂离子电池燃烧的常见原因


锂离子电池火灾常见起火燃烧原因有下述几项:

一、产品瑕疪。

二、不正确的使用。

三、重摔撞击造成电池芯、隔膜受损而导致锂离子电池的异常进而造成火灾。


在锂离子电池中一定会存在的失效风险,称之为热失控(thermal runaway)。热失控主要是因电池内部异常,造成温度上升的一连串反应。目前锂离子电池中常见的的电解液是以锂盐加上有机溶剂所组成,具有挥发性高、闪点低及易燃烧等特性。当受冲撞或因变形引起的内部短路及过充等种种因素,便会产生大量的热,导致电池温度上升且高达一定温度时,产生一系列的分解反应,使电池的热平衡遭受破坏。当释放出的热无法即时溢散时,便会加剧反应的进行,并引起一连串的放热反应,温度急剧升高,导致电池燃烧,严重时甚至发生爆炸,此现象即是「热失控」。


来源:应急救援战训营

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