各種電池起火的共性原因是電池?zé)崾Э兀[患總體可以分為三大類:
首先一類是環(huán)境高溫,引起電池正負(fù)極的劇烈反應(yīng),反應(yīng)會向可燃的電解液中釋放大量的能量,并析出氧氣,導(dǎo)致電池膨脹、過熱甚至失火;
其次一類則是外部的物理性破壞,導(dǎo)致電池隔膜貫穿,正負(fù)極直接接觸使得電池內(nèi)短路,短時間內(nèi)釋放大量電能(可轉(zhuǎn)換成熱能),導(dǎo)致電池?zé)崾Э?
最后一類則是電池過充、過放導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞,從而引發(fā)電池的熱失控。
什么是電池?zé)崾Э?
熱失控(Thermal runaway)是指由于鋰離子液態(tài)電池在外部高溫、內(nèi)部短路,電池包進水或者電池在大電流充放電各種外部和內(nèi)部誘因的作用下,導(dǎo)致電池內(nèi)部的正、負(fù)極自身發(fā)熱,或者直接短路,觸發(fā)“熱引發(fā)”,熱量無法擴散,溫度逐步上升,電池中負(fù)極表面的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、電解液、正負(fù)極等在高溫下發(fā)生一系列熱失控反應(yīng)(熱分解) 。
直到某一溫度點,溫度和內(nèi)部壓力急劇增加,電池的能量在瞬間轉(zhuǎn)換成熱能,形成單個電池燃燒或爆炸。引起單個電池?zé)崾Э氐囊蛩睾芏唷⒑軓?fù)雜,但電流過大或溫度過高導(dǎo)致的熱失控占多數(shù),下面重點介紹這種熱失控的機理。
以鋰離子電池為例,溫度達到90 ℃時,負(fù)極表面SEI膜開始分解。溫度再次升高后,正負(fù)極之間的隔膜(PP或PE)遇高溫收縮分解,正、負(fù)極直接接觸,短路引起大量的熱量和火花,導(dǎo)致溫度進一步升高。
熱失控時,230 ℃~250 ℃的高溫導(dǎo)致電解液幾乎完全蒸發(fā)、分解了。它含有大量易燃、易爆的有機溶劑,逐步受到熱失控的影響,最終分解發(fā)生燃燒,是熱失控的重要原因。
電解液在燃燒同時,產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體,也是重大的安全隱患。電解液如果泄漏,在外部空氣中形成比重較大的蒸汽,容易在較低位置大范圍擴散,這種擴散范圍極易遇火源引起安全事故。
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