鉅大LARGE | 點擊量：11670次 | 2021年04月06日
鋰電池起火的原因是什么？
在動力鋰電池普及應用的初期，由于對電池性能認識不足，自身設計相關經驗的缺乏以及使用者對系統的不熟悉，出現過一些事故。加之電動汽車這種新興勢力時時刻刻活在觀察者眼光下的處境，使得鋰離子電池火災影響尤為廣泛。
鋰離子電池起火原因，可以劃分成兩個大部分，自身原因和外部原因。自身原因重要是指自身材料、結構熱穩定性的好壞，對火災發生與否的影響；外部原因，指各種濫用手段，引發的鋰離子電池火災。
1.1自身原因
鋰離子電池由正極材料，負極材料和電解液組成，這幾部分的熱穩定性，直接影響著電芯發生熱失控的可能性。
負極材料的熱穩定性的影響因素
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前應用的負極材料，絕大部分是碳材料。在高溫條件下，石墨容易與電解液發生反應，尤其電池荷電量高的狀態，LiC6更是能夠提升反應的激烈性。
有研究發現，負極開始反應放熱的溫度起點，與碳材料的顆粒度有關，顆粒越大，其開始反應的溫度就越高，也就越安全。同時，不同結構的碳材料參與電解液的反應，其放熱量并不相同，石墨就比無定型碳（重要指軟碳和硬碳）放熱量大。
正極材料熱穩定性的影響因素
當前應用廣泛的鋰離子電池正極材料，都是鋰的化合物。磷酸鐵鋰，錳酸鋰和三元鋰，假如泛泛的說，三者的安全性是從高到低排列的。而有人專門對正極材料在這些電池安全性中的影響做了研究。
研究認為，鋰的化合物分子式中，鋰的含量越高，其熱穩定性就越差，開始與電解液反應的溫度就越低。有個定量的比較，分子式中各個原子的比例系數，當鋰的系數是0.25時，其反應溫度為230℃；假如這個數值變成1，其起始反應溫度就變成了170℃。此外，假如正極材料中含有除了鋰以外的其他金屬元素，則含錳元素的正極材料比含鎳元素的正極材料熱穩定性好。
電解液熱穩定性影響因素
電解液可以說是熱穩定性問題的核心，它的穩定性直接影響整個體系的穩定性。有人針對電解液的熱穩定性做了一些列研究，結果表明：
電解液中的碳酸二甲酯含量越高，其熱穩定性越差，越容易與正負極材料發生反應；電解液與越多類型材料相容性差，也就是在較低的溫度下可以與多種不同的鹽類發生反應，說明它越活潑，其熱穩定性就越差。
老化帶來的熱失控
老化是一個綜合的過程，負極SEI膜結構老化，出現破損，引發自生熱過程；負極鋰枝晶堆積，造成內短路或者遇到高溫環境與電解液激烈反應。老化帶來的內阻上升，使得熱積累出現的概率上升。總的來說，老化與熱失控風險存在正相關性。
1.2各種濫用下的熱失控因素
鋰離子電池的濫用，一般指由于意外事故或者管理系統故障造成對電池不恰當的使用。常見的類型包括：過度充電，高溫環境，外部短路和外部用途造成的內短路。
過充電，有研究者認為，在過充條件下的熱失控發生溫度，取決于正極材料失去過多的鋰離子以后，其結構的穩定性；但也有研究指出，過多的鋰單質無法嵌入負極而沉積在負極表面，鋰枝晶不斷生長，一方面刺破隔膜造成局部短路，另一方面鋰單質與電解液發生反應，放出大量的熱。總之，過充電是鋰離子電池火災的一個重要源頭。
高溫環境，比如烈日下的汽車內，溫度可以高達130℃至150℃。在這樣的溫度下，鋰離子電池內部可能出現幾個方面的風險。首先是負極SEI膜的溶解，這個過程一般被認為是自生熱的開始。另外一個因素是一些質量一般的隔膜，在這個溫度開始局部融化收縮，隔膜的破損將是大規模內短路的開始。
外部短路，研究人員把鈷酸鋰單體電芯進行直接短路，電芯溫度快速上升至70℃到80℃之間，電量被耗盡。文獻推斷，假如是大規模成組電芯的短路，散熱條件沒有單體好，則溫度會進一步升高，甚至出現熱失控。
內短路，這個名字用在這里，特指由于擠壓針刺等外部原因造成的電池內部短路。由于外力用途的隨機性，可能出現的短路包括以下四種情況：正極集流體鋁箔與負極材料短路，正極材料直接與負極材料短路，正極集流體鋁箔與負極集流體銅箔短路，正極材料與負極集流體銅箔短路。研究結論，負極材料與正極集流體鋁箔短路情形最為兇險，由于阻值小，短路電流大，散熱不利，這種情形最易發生起火事故。
2鋰離子電池火災的特殊之處
鋰離子電池火災，是最近幾年電動汽車大發展后才越來越多出現在人們視野的火災類型，關于消防人員來說，有著與其他火災不盡相同的特點。
首先，鋰離子電池火災溫度高，假如是廠或者倉庫起火，其煙氣濃，能見度低，對消防人員觀察火情不利；
其次，大規模生產存放鋰離子電池的場所，一旦起火，周邊的鋰離子電池極易出現連鎖反應，且發展迅速，很難控制；
再次，某些類型的鋰離子電池燃燒的出現的煙氣，其中含有有毒氣體；
最后，使用大量的水滅火，成為一種兩難的手段。一方面，火場溫度高，即使火勢熄滅后，也要大量的水降溫；但鋰離子電池被水淹沒，可能引發短路，展開下一段熱失控。
3滅火劑
針對鋰離子電池的滅火研究，已經在國內引起了重視。十月底的一個汽車行業展覽會上，不止一個報告是探討鋰離子電池火災研究成果的，但暫時只是針對鋰離子電池火災的特點進行歸納，具體滅火手段的研究還不太深入。
具體滅火手段研究方面，走在前面的是德國，美國和英國。
德國，針對電動汽車火災的撲救，進行過比較實驗。結果發現，電動汽車火災可以用水撲滅，但是耗水量大。添加F-500和Firesorb添加劑后，滅火效果大為改觀。
美國的研究發現，鋰離子電池火災本質上是熱失控引起的，滅火手段中降溫是一個重點。針對便攜式設備的鋰離子電池起火，篩選實驗結果顯示，水基滅火劑降溫效果最好，氣體及干粉類滅火劑效果不佳。
英國重要是針對特種過程中的便攜設備鋰離子電池起火進行實驗，篩選出的滅火劑類型為Halon和FE-36，并規定使用它們處置航班上發生的鋰離子電池起火。
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