鋰電池危險(xiǎn)嗎？影響鋰電池安全的因素有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-06 19:59
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電池一般分為一次電池（不可反復(fù)充電）和二次電池（可反復(fù)多次充電）。而鋰電池是一類(lèi)由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)的電池，一般分為兩類(lèi)：鋰金屬電池和鋰離子電池（包括鋰離子聚合物電池），其最主要的區(qū)別在于鋰金屬電池是一次電池，內(nèi)含金屬態(tài)的鋰，如紐扣電池；而鋰離子電池是二次電池，不含有金屬態(tài)的鋰，如手機(jī)電池。電池的具體分類(lèi)如圖1所示。
其中鋰離子聚合物電池作為二次電池的代表，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、平板電腦等便攜電子產(chǎn)品。其原因在于利用聚合物串聯(lián)電池結(jié)構(gòu)，使其僅需要少量液體電解質(zhì)，因此該類(lèi)電池并不需要硬質(zhì)外殼做保護(hù)，形狀沒(méi)有限制，其包裝體積也可大大減少。基于這些特點(diǎn)，鋰離子聚合物電池大有取代傳統(tǒng)鋰離子電池的趨勢(shì)。
二、鋰電池的工作原理
目前通常所說(shuō)的鋰電池特指鋰離子電池，其正負(fù)電極由不同的鋰離子嵌入化合物組成，是一種實(shí)現(xiàn)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的裝置。其構(gòu)造主要由電池正負(fù)極組成，如下所示。
正極構(gòu)造
LiCoO2+導(dǎo)電劑+粘合劑(PVDF)+集流體（鋁箔）
負(fù)極構(gòu)造
石墨+導(dǎo)電劑+增稠劑(CMC)+粘結(jié)劑(SBR)+集流體（銅箔）
當(dāng)鋰電池處于充電過(guò)程中時(shí)，通過(guò)充電器發(fā)送的電流對(duì)鋰離子(Li+)施加推力，從正極穿過(guò)電解質(zhì)到達(dá)負(fù)電極后，以電化學(xué)能的形式存儲(chǔ)起來(lái)。當(dāng)沒(méi)有更多的鋰離子從正極流向負(fù)極時(shí)，說(shuō)明電池已經(jīng)充滿電。在此過(guò)程中，在電池正負(fù)極之間產(chǎn)生的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力，稱為終端電壓。如圖3。
當(dāng)鋰電池處于放電過(guò)程中時(shí)，附著在負(fù)電極的鋰離子開(kāi)始遷移回正電極，過(guò)程中蓄電池繼續(xù)放電，終端電壓持續(xù)下降。一旦所有鋰離子從正極端子遷移完畢，電池完全放電，則需要再充電后使用。
三、鋰電池的危險(xiǎn)性
在之前的合規(guī)解讀中我們講到，鋰電池或鋰電池組在法規(guī)中是作為第9類(lèi)危險(xiǎn)品進(jìn)行監(jiān)管的（點(diǎn)擊查看）。其危險(xiǎn)性主要集中為以下三點(diǎn)，如表1所示。
1）內(nèi)部因素
鋰電池的電極材料以及電解質(zhì)均有易燃性，受熱（內(nèi)部或外部）即可引起火災(zāi)，并分解產(chǎn)生氣體，從而加劇了電池爆炸的可能性。而且現(xiàn)如今的高分子隔離膜強(qiáng)度都相對(duì)較低，在碰撞或過(guò)熱情況下極易損壞這層薄膜，導(dǎo)致電池短路。
同時(shí)，制造工藝的缺陷也極易引發(fā)鋰電池安全問(wèn)題。比如電芯極耳過(guò)長(zhǎng)，與極片或殼體接觸造成短路；極耳壓迫卷芯，導(dǎo)致正負(fù)極短路；在兩極之間留下金屬粉末、銅箔、鋁箔碎片等可能導(dǎo)致隔膜穿孔進(jìn)而引發(fā)微短路等系列問(wèn)題。
2）外部因素
影響鋰電池安全的外部因素則相對(duì)較雜，比如過(guò)充電、外短路、猛烈撞擊等均可能引發(fā)鋰電池自燃。常見(jiàn)的外部因素如表2所示。
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據(jù)美國(guó)FAA的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：1991~2007年間所發(fā)生的電池事故中，27%是鋰電池事故，而這些事故中，68％是由于內(nèi)部或外部短路造成，15％是由于充電或放電造成，7％由于設(shè)備意外啟動(dòng)，10％為其他原因。由此進(jìn)一步證明，各種因素直接或間接造成的電池內(nèi)、外部短路，是導(dǎo)致鋰電池安全事故發(fā)生的主要原因。
就“三星Note7手機(jī)爆炸事件”而言，手機(jī)爆炸燃燒與其鋰電池的設(shè)計(jì)缺陷有直接關(guān)系，據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，三星正是為了提升電池的能量密度、延長(zhǎng)續(xù)航能力，采用了更薄的隔膜材料，才導(dǎo)致電池的陰極和陽(yáng)極相接觸，發(fā)生了電池自燃現(xiàn)象。
五、鋰電池自燃的預(yù)防及應(yīng)急處置對(duì)策
當(dāng)前，鋰離子電池制造商研發(fā)了多種方法來(lái)降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，提高安全性能，例如在電池內(nèi)部設(shè)置保護(hù)電路，包括過(guò)度充電保護(hù)、過(guò)電流/短路保護(hù)和過(guò)放電保護(hù)。
1）鋰電池自燃的預(yù)防方法
盡管可以在電池的生產(chǎn)方面想辦法提高安全性能，減少火災(zāi)發(fā)生的概率，然而消費(fèi)者在使用過(guò)程中也應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:
?使用與電池相匹配的充電器為電池充電。為了降低成本，市場(chǎng)充斥著大量的劣質(zhì)充電器，雖然價(jià)格低廉，但是安全性能無(wú)法保障。電池充電器本質(zhì)上是一個(gè)小型的變壓器，如果與電池的性能不匹配的話，將會(huì)對(duì)電池造成損害。
?平時(shí)不使用的鋰電池最好放置于結(jié)實(shí)的絕緣容器之內(nèi)，并避免使其接觸到水，或置于超過(guò)100℃的環(huán)境中。
?鋰離子電池充電的合理溫度范圍是0～45℃，放電的合理溫度范圍是－20～60℃。如果電池充電時(shí)的溫度低于0℃，那么在電池的正極會(huì)析出金屬鋰，使電池對(duì)于震動(dòng)或撞擊更加敏感，增加危險(xiǎn)性。
?避免電池被過(guò)度充電或過(guò)度放電，二者都會(huì)破壞電池內(nèi)部的保護(hù)電路。
?大量?jī)?chǔ)存鋰離子電池的地方，應(yīng)注意控制環(huán)境溫度，避免外力的撞擊。
?任何情況下都不要隨意打開(kāi)或拆卸電池，否則會(huì)造成電池電芯的短路。
2）鋰電池自燃的應(yīng)急處置對(duì)策
盡管采取了一系列的預(yù)防措施，但是鋰離子電池發(fā)生自燃的可能性仍然存在。如果發(fā)生鋰電池自燃，通常來(lái)說(shuō)按照如下的步驟進(jìn)行應(yīng)急處理：
?首先切斷電源。出現(xiàn)任何異常情況，應(yīng)在第一時(shí)間切斷電源。
?當(dāng)電池出現(xiàn)自燃時(shí)，應(yīng)立即對(duì)電池做持續(xù)的降溫處理，用水撲救是最理想的解決辦法。如果火勢(shì)較大，可以使用ABC干粉滅火器或二氧化碳型滅火器撲滅明火，然后再用水給受損的電池持續(xù)降溫，并且每5min檢查一下已發(fā)生自燃的電池，如果仍舊是發(fā)熱，則繼續(xù)用水為電池降溫，直至完成冷卻。
?如果可能的話，將受損電池移至開(kāi)放的安全區(qū)域，并迅速疏散周?chē)娜巳骸?/div>
?在條件允許的情況下，迅速移開(kāi)發(fā)生自燃的電池周?chē)目扇嘉铩?/div>
?不要對(duì)鋰電池用冰塊降溫。因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致內(nèi)部熱量散發(fā)不出來(lái)，持續(xù)的高溫進(jìn)一步加劇化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)內(nèi)部溫度將急速升高，電解質(zhì)氣體大量積聚，進(jìn)而引發(fā)電池爆炸，其威力和破壞性比電池“平靜的自燃”更可怕。
?即使出現(xiàn)了明火，也應(yīng)避免使用泡沫滅火器，噴出的泡沫附著在電池外圍形成熱絕緣體，從而增加化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生更多的熱量。
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