短路頻發(fā),詳析鋰電池“熱失控”的原因
發(fā)布時(shí)間:2016-06-15 責(zé)任編輯:admin
【導(dǎo)讀】鋰離子電池發(fā)生事故80%的原因是短路,短路后引起電池起火、爆炸事故頻現(xiàn)報(bào)端動(dòng)力鋰電池安全問(wèn)題再次被推至輿論的風(fēng)口浪尖。短路之所以會(huì)引致更嚴(yán)重后果與“熱失控”現(xiàn)象有關(guān)。
電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動(dòng)力鋰電池安全性的重要因素和負(fù)極材料相比正極材料能量密度和功率密度低其與電解液的熱反應(yīng)也被認(rèn)為是電池?zé)崾Э匕l(fā)展的主要誘因。因此尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料成為動(dòng)力鋰電池的關(guān)鍵。
從本質(zhì)上而言,“熱失控”是一個(gè)能量正反饋循環(huán)過(guò)程:升高的溫度會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)變熱,系統(tǒng)變熱升高溫度,這又反過(guò)來(lái)又讓系統(tǒng)變得更熱。熱失控是很常見(jiàn)的現(xiàn)象,從混凝土養(yǎng)護(hù)到恒星爆炸,都有可能會(huì)出現(xiàn)熱失控。
鋰離子電池出現(xiàn)熱失控的原因有如下幾種:
1、經(jīng)常過(guò)充。
2、未經(jīng)授權(quán)改裝外殼。
3、環(huán)境溫度超過(guò)60°C。
4、隔離鋰離子電池負(fù)極和正極的隔膜出現(xiàn)的撕裂會(huì)導(dǎo)致短路,而短路往往又會(huì)引起熱崩潰。
參與“熱失控”反應(yīng)的是鋰電池中的氧化鈷化學(xué)物。加熱這種化學(xué)物達(dá)到一定溫度,它就開(kāi)始自發(fā)熱,然后發(fā)展成起火和爆炸。在某些情況下,這種有機(jī)電解液釋放壓力會(huì)導(dǎo)致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下,或者是遇到火花,它也有可能會(huì)燃燒。
熱失控發(fā)生的概率與鋰電池基數(shù)有關(guān),中日韓三國(guó)鋰電池產(chǎn)量都是逐年增長(zhǎng)的,特別是在應(yīng)用較廣的手機(jī)/筆記本電腦領(lǐng)域,電池事故發(fā)生好象更多一些。2006年到2011年間多家大型電子企業(yè)都發(fā)生過(guò)相關(guān)事件,自進(jìn)入2012年之后,小型電子產(chǎn)品中發(fā)生較少,但是在大型應(yīng)用,比如飛機(jī)上的事故卻常見(jiàn)報(bào)道,這說(shuō)明了以下現(xiàn)象。
熱失控現(xiàn)象及其強(qiáng)度與鋰電池的大小、配置和電池單元的數(shù)量有關(guān)。小型鋰電池組只有幾個(gè)鋰電池單元,所以熱失控從有問(wèn)題的電池單元傳播到其他單元的機(jī)會(huì)相對(duì)較低。而波音787巨大的電池組就是另外一回事了:它們裝在密封的金屬盒里,不能排放余熱,當(dāng)一個(gè)電池單元熱到足以點(diǎn)燃電解質(zhì)時(shí),其余的電池單元就會(huì)迅速跟進(jìn)。
電池充電時(shí),金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶,從而刺穿隔膜,造成正負(fù)極直接短路。而且,金屬鋰非?;顫姡芍苯雍碗娊庖悍磻?yīng)放熱,其熔點(diǎn)又很低,即使表面金屬鋰枝晶沒(méi)有刺穿隔膜,只要溫度稍高,金屬鋰就會(huì)溶解,從而引發(fā)短路。材料發(fā)生氧化還原熱反應(yīng)的溫度越高,表明其氧化能力越弱,正極材料的氧化能力越強(qiáng),發(fā)生反應(yīng)就越劇烈,也越容易引發(fā)安全事故。
無(wú)論大小鋰電池組都需要定期保養(yǎng)以延長(zhǎng)其壽命,所有的鋰離子電池組通常都應(yīng)該每36個(gè)月左右就更換一次。而且,每當(dāng)電量降到20%的時(shí)候,你就應(yīng)該對(duì)它進(jìn)行充電,過(guò)度放電會(huì)損壞鋰電池,從而增加“熱失控”及其他事故的可能性。
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