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造成鋰電池“熱失控”的原因是什么?

2021-11-04
關(guān)鍵詞: 鋰電池

發(fā)生事故的鋰電池80%是由于短路引發(fā),短路造成電池著火.爆炸事件頻仍。電力鋰電池生產(chǎn)安全問題再一次被推到輿論的風(fēng)口浪尖。而短路引發(fā)更嚴(yán)重的后果的原因是“熱失控”現(xiàn)象。

相比較而言,電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動力鋰電池生產(chǎn)企業(yè)安全的一個重要因素——與正極材料相比,能量密度和功率密度較低是電池?zé)崾Э匕l(fā)展的主要誘因。所以,尋求熱穩(wěn)定性好的正極材料成為鋰電池生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

實質(zhì)上,“熱失控”是一種能量正反饋循環(huán)過程:溫度上升使系統(tǒng)變熱,而系統(tǒng)升溫則使溫度上升,反過來使系統(tǒng)更熱,從而使系統(tǒng)更熱。熱控是一個非常普遍的現(xiàn)象,從混凝土養(yǎng)護(hù)到恒星爆炸,都有可能發(fā)生熱失控。

鋰電池

導(dǎo)致鋰電池熱失控的原因主要有:

1.頻繁過充。

2.未經(jīng)許可改裝外殼。

3.環(huán)境溫度超過60℃。

4.在鋰電池正極和負(fù)極之間的隔膜之間發(fā)生斷裂,從而造成短路,而短路又常常造成熱崩潰。

在鋰電池生產(chǎn)企業(yè)中,參與了“熱失控”反應(yīng)的氧化鈷化合物。如果化學(xué)物質(zhì)被加熱到一定的溫度,它就會自動發(fā)熱,然后發(fā)生燃燒和爆炸。有些情況下,有機(jī)電解液會釋放壓力,造成電池的損壞。如暴露于高溫環(huán)境,或遇火時,也有燃燒的可能性。

熱失控發(fā)生的機(jī)率和鋰電池廠家基數(shù)有關(guān)系,中日韓三國鋰電池生產(chǎn)廠家的產(chǎn)量逐年增加,尤其是在應(yīng)用較廣的手機(jī)/筆記本電腦領(lǐng)域,電池的生產(chǎn)基數(shù)更大。2006-2011年許多大型電子企業(yè)均出現(xiàn)過相關(guān)事件,進(jìn)入2012年后,小規(guī)模電子產(chǎn)品出現(xiàn)較少,但在大應(yīng)用領(lǐng)域,如飛機(jī)上的事故則較為普遍,說明了以下現(xiàn)象。

熱失控現(xiàn)象及其強(qiáng)度與鋰電池廠家的規(guī)模.配置及單元數(shù)有關(guān)。小容量鋰電池廠家僅有少數(shù)幾個鋰電池生產(chǎn)廠家,因此熱失控從有問題的電池單元擴(kuò)散到其它電池的可能性相對較小。與之不同的是,波音787巨大的電池組被裝在密封的金屬盒中,無法釋放出余熱。當(dāng)一個單元加熱到足夠加熱以產(chǎn)生電解質(zhì)時,其余的部分將與之快速跟進(jìn)。

電池組在充電過程中,金屬鋰的表面很容易聚集形成枝杈狀鋰枝晶,從而刺穿隔膜,造成正負(fù)極直接短路。此外,金屬鋰非常活潑,能與電解液直接反應(yīng),且熔點較低,即使表面的金屬鋰枝晶沒有刺穿隔膜,只要溫度稍微高一點,金屬鋰就會溶解,導(dǎo)致短路。物料發(fā)生氧化-還原反應(yīng)的溫度越高,說明材料氧化能力越弱,正極材料氧化能力越強(qiáng),反應(yīng)越激烈,越容易發(fā)生安全事故。

為了延長其使用壽命,不論大小鋰電池廠家都需要定期保養(yǎng),所有的鋰電池組一般每36個月就要更換一次。并且,無論何時,無論何時,只要有20%的電量下降,過大的放電都會損害鋰電池廠家,從而增加“熱失控”等意外事件的可能性。