锂离子电池安全对策和建议-【浩博电池】

关于锂离子电池引发的火灾爆炸事故屡见报道，尤其近几年电动汽车动力电池出现的热自燃、起火爆炸等现象，使得锂离子电池的安全性成为人们关注的焦点。仅2020年1～9月，就报道了新能源汽车动力电池产品质量安全事件8起。

作为一种化学产品，锂电池的安全性一直备受关注。无论安全领域专家、还是行业技术学者，都一致认为安全性是制约锂电池发展的瓶颈。

锂离子电池热失控原理

锂电池由于自身制造缺陷，或受外界温度、机械、充电异常等激励，电池内部会发生不可逆的副反应，如SEI膜分解、正极材料分解和电解液的分解，产生大量热，并释放出小分子气体。由于反应剧烈，产生的热量不能有效传递到电池外部，引起电池内部温度和压力的急剧上升，而温度的上升又会极大地加速副反应的进行，产生更大量的热和气体，此时电池进入无法控制的自加速状态，即所谓的热失控。

热失控是锂电池内部发生的剧烈不可逆的氧化还原反应，并伴随着温度和压力的急剧升高，宏观表现为喷射状火焰特征，反应速度快，火焰强度大。

引起电池热失控的主要原因有以下几个。

(1)碰撞原因导致的热失控

电动汽车发生交通事故时会产生不同程度的碰撞，而强烈的外力因素也会同时作用到锂离子电池，使得锂离子电池外部壳体变形、破损，电池本身的配件被移位或损坏，电池的隔膜被撕裂导致电池内部短路，易燃的电解质泄漏出来。在所有的碰撞伤害对电池性能产生的破坏中，最为严重的当属穿刺伤害，严重的穿刺伤害会直接插入电池本体，造成电池的正负极直接短路并加剧热量集中生成爆发，引起发热失控，严重破坏电池的正常性。

(2)使用不当导致的热失控

使用不当也是引起锂离子电池热失控的主要原因，具体体现在充电过度、放电过度、外部短路等几大原因。相较于外部短路和充电过度，放电过度对锂离子电池的危害相对较小，放电过程中的锂枝晶增长会降低电池的安全性，间接增加热失控的概率。外部短路时，电池的热量不能有效散去，电池温度升高并引发热失控。充电过度是对锂离子电池危害最大也是引起电池热失控最主要的原因，充电过度会造成过量的锂嵌入，锂枝晶在阳极表面生长，锂的过度脱嵌导致阴极结构因发热和氧释放而崩溃，氧气的释放会加速电解质的分解，从而产生大量气体，随着内部压力的增加让排气阀打开，电池开始排气。此时，电芯中的活性物质与空气接触并发生剧烈反应，放出大量的热，从而导致电池燃烧起火。

(3)外部环境温度过高导致的热失控

外部环境温度过高也是导致锂离子电池发生热失控事故的原因之一。当外部环境过高时，锂离子自身的散热加剧并无法有效分散，内外的热压力聚集导致锂离子温度控制系统被破坏，无法起到应有的保护效果，从而造成短路引发热失控。外部环境温度过高的原因是多方面的，如电动汽车空调系统失灵、热管理系统失效、外部碰撞导致锂离子电池内部结构被挤压和损坏等，这些因素都可能导致外部环境温度过热，进而发生电池热失控。

锂离子电池火灾类型

应急管理部上海消防研究所自2011年以来，开展了大量不同结构、不同容量、不同电化学体系锂电池的燃烧特性研究，阐明了磷酸铁锂电池和三元锂电池的火灾类型，宏观表现为“温升—鼓胀—破裂—烟气—主/被动着火”，揭示了锂电池火灾的特征，可归纳为以下几个方面。

① 锂电池燃烧速度快、温度高：锂电池火灾一般是由内部热失控引发的，SEI膜分解后，电池正极材料、负极材料、电解液发生剧烈的氧化还原反应。

② 锂电池火焰喷射距离远，伴随有内溶物飞出：锂电池单体一般设有泄压口，锂电池热失控内部产生高温高压气体的泄放时刻取决于泄放压力的大小，对于三元锂电池等主动泄放压力式锂电池，锂电池的着火过程也是压力泄放的过程，由于泄压面积较小，形成的火焰喷射距离较长，经试验测定，最长喷射距离可达3~5m。此外，锂电池着火时一般还伴随着铜箔等内溶物的飞出，形成新的着火点，经试验测定，最远飞出距离可达5~6m，因此，锂电池火灾的蔓延速度极快，这对锂电池火灾的初期处置带来极大困难。

③ 不同电化学体系的锂电池燃烧特征差异大：不同的锂电池电化学体系，热失控时内部发生的副反应不同，产生的温度和压力也不同，导致着火形式不同。对于磷酸铁锂电池而言，一般内部产生的温度较低，小于逸出可燃气体的点火能，需要有外部引火源才能着火；对于三元锂电池而言，一般内部温度较高，大于逸出可燃气体的点火能，锂电池破口时，可直接引燃逸出的可燃气体，形成喷射火。

④ 锂电池逸出气体成分复杂，毒性大：锂电池热失控会产生大量可燃、有毒气体，如CO、HF、H₂、CH₄ 等，这些可燃、有毒气体的蔓延速度很快，一旦蔓延到人员密集型场所，易形成群体性中毒事件。同时，在锂电池火灾的扑救过程中，消防员必须穿戴好各类防护装具，以保障人身安全。

总之，锂离子电池出现安全问题，是与电池的物质组成直接相关的。由于在滥用情况下，比如电池过热，过度充、放电，受到撞击、挤压，短路等，内部的电池材料之间发生热化学反应，产生大量的热和气体，会引起电池的热失控，最终诱发着火或者爆炸事故。所以，一方面要提高锂离子电池的安全性，一方面要正确处理锂离子电池的安全事故。

《锂离子电池安全与质量管控》一书主要介绍了锂离子电池安全与质量管控相关的概念、标准、法律法规，并介绍了锂离子电池安全对策建议。

本书内容包括：

✔ 锂离子电池的发展历程、应用概况和发展趋势

✔ 锂离子电池工作原理、关键构成材料、常见种类及优缺点

✔ 锂离子电池国内外的主要标准和对比解读

✔ 主要法律法规及政策

✔ 锂离子电池的性能和安全的检测方式方法、回收梯次利用技术

✔ 锂离子电池安全事故的处理措施

……

鉴于锂离子电池的原理、技术与应用仍处于快速发展之中，涉及面广、应用领域宽，而应用领域的扩大又要求锂离子电池具有更高的性能、更高的安全性。可以说更安全、更高容量、更长寿命、更高倍率将永远是锂电人技术追求的目标。

谨以此书献给广大读者，希望能为从事电池研究、开发和生产、管理者提供参考价值和现实指导意义。