鋰電池火災(zāi)爆炸原因分析與控制措施解析

周夷

摘要：鋰電池是當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛的一種電池形式，其在各類易于攜帶的電子設(shè)備中廣泛應(yīng)用，同時在現(xiàn)代汽車創(chuàng)新研發(fā)以及航空事業(yè)當(dāng)中也被廣泛應(yīng)用。鋰電池在人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛推廣與應(yīng)用的同時，各類安全事故也頻繁發(fā)生，其中火災(zāi)爆炸事故的頻繁出現(xiàn)更是備受人們的關(guān)注與重視[1]。鋰電池不光在實際應(yīng)用過程當(dāng)中存在安全隱患問題，其在生產(chǎn)、運(yùn)輸以及存儲工作當(dāng)中也存在諸多安全問題，而目前國內(nèi)在這個行業(yè)安全相關(guān)事故的防御管控能力還較低，安全管理的意識還并不強(qiáng)，對應(yīng)的法律、標(biāo)準(zhǔn)以及監(jiān)管工作還不夠完善。

關(guān)鍵詞：鋰電池;火災(zāi)爆炸;原因分析;控制措施

文中探析鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)爆炸事故的原因，并且提出對應(yīng)有效的管控措施，希望能夠為鋰電池在現(xiàn)代電子設(shè)備中的安全應(yīng)用提供一些幫助。

1 探析鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)爆炸安全事故的意義

鋰電池是非常關(guān)鍵的化學(xué)電池，其一般在小型便攜式電器、動力、電力領(lǐng)域當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。因為鋰電池較其他充電電池的能量更為良好，其充、放電次數(shù)以及使用壽命等也隨之被延長，不僅能夠讓充電速度更為簡便、快捷，同時也降低了自主放電的成效，對自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的不良影響隨之減少，能夠在更多行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中被廣泛應(yīng)用。鋰電池在現(xiàn)代智能手機(jī)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但是使用者廣泛提出電池續(xù)航能力以及安全方面存在問題，要求強(qiáng)化提升其續(xù)航能力、安全性與穩(wěn)定性，并且基于鋰電池組成的各類電子設(shè)備，在人們現(xiàn)實生活與工作當(dāng)中的普及，也讓其成為鋰電池銷售市場當(dāng)中極為重要的一部分。

最近幾年，鋰電池發(fā)展正處在全新時期，鋰電池制造生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量也在持續(xù)增加，實際生產(chǎn)中倘若爆發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故，會導(dǎo)致企業(yè)、社會等出現(xiàn)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。最近幾年，鋰電池應(yīng)用領(lǐng)域在有效拓展，很多產(chǎn)業(yè)要求鋰電池能量、功率密度進(jìn)一步升級?？萍嫉膭?chuàng)新發(fā)展中，更多高科技材料被應(yīng)用在鋰電池當(dāng)中，其實際生產(chǎn)、倉儲、應(yīng)用端等的安全監(jiān)管工作極為關(guān)鍵，要求鋰電池生產(chǎn)企業(yè)提升自身安全管理工作的水平。鋰電池生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲中有很多隱患問題存在，會導(dǎo)致產(chǎn)生多種安全事故，其中最受社會關(guān)注的就是火災(zāi)、爆炸事故，這種安全事故的爆發(fā)表明其在制作生產(chǎn)、貨運(yùn)運(yùn)輸以及存儲的時候會存在很多危險因素，也表明其相關(guān)工作中存在安全監(jiān)管落實不到位的問題。當(dāng)前在鋰電池安全防護(hù)管控工作存在能力不足的情況，開展相應(yīng)管理工作的意識并不強(qiáng)，同時相關(guān)法律、法規(guī)、監(jiān)管制度方面還存在很多不足，對其出現(xiàn)火災(zāi)爆炸安全事故的原因進(jìn)行探析，并且在此基礎(chǔ)上提出對應(yīng)有效的防范措施，這對于鋰電池生產(chǎn)企業(yè)的監(jiān)管而言非常關(guān)鍵。

2 鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)爆炸事故的影響因素

鋰電池當(dāng)中也分為正負(fù)極，并且正負(fù)極所含有的物質(zhì)是不同的，其中鋰化合物處在正極位置，是以鋰離子的形態(tài)而存在的?；陔娊庖耗軌蚯度胩繉?，在炭層中有很多微孔，在炭層中嵌入更多鋰離子，電池充電量也就越高。在電池放電過程中，潛在炭層當(dāng)中的鋰離子會透出，會變成電解液，而其又會重新回到正極位置[2]。當(dāng)這個位置中的鋰離子數(shù)量增加，那么其放電容量也就會升高，繼而會對鋰電池內(nèi)外部安全產(chǎn)生不良影響，這里所講的內(nèi)部因素就是生產(chǎn)制作鋰電池的材料、技術(shù)，還有鋰電池本身的構(gòu)造。材料特性會影響電池過程以及人穩(wěn)定性，制作工藝會出現(xiàn)微短路、電芯內(nèi)短路以及技粉單來。而外部因素包含充電、過溫、外短路等在外界因素當(dāng)中，溫度會對鋰電池的充電、放電性能產(chǎn)生影響，也就是電化學(xué)產(chǎn)生反應(yīng)。在溫度逐漸降低的時候，反應(yīng)情況也會不斷降低，在電池電壓保持不變的時候，放電隨之降低，其功率也就會逐漸降低。倘若鋰電池的溫度呈現(xiàn)上升狀態(tài)，其功率也就會呈現(xiàn)上升態(tài)勢。溫度會對電解液傳送速度產(chǎn)生影響，溫度的上升速度過快的話就會對其充電、放電性能產(chǎn)生不良影響。在溫度超高的時候，會對電池的化學(xué)平衡產(chǎn)生不良影響。

鋰電池發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的原因有很多，可是最為關(guān)鍵的原因就是電池出現(xiàn)高溫與高壓，與其會產(chǎn)熱息息相關(guān)。電池當(dāng)中的產(chǎn)熱因素非常多，其中鋰電池?zé)嵘⑹н^速的話，反應(yīng)速度也會隨之增漲。這時會導(dǎo)致兩種情況產(chǎn)生，其一就是反應(yīng)達(dá)到燃點溫度爆發(fā)火災(zāi)，鋰電池通常都被制作成封閉狀態(tài)，如果封閉體系當(dāng)中的溫度過高，反應(yīng)速度也會加快，反應(yīng)物的氣壓快速上升，活性物分解，同電解液反應(yīng)生成氣體，如果再失去安全閥的保護(hù)，還會導(dǎo)致爆炸事故，會對使用者產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。

3 鋰電池過沖火災(zāi)爆炸出現(xiàn)的原因以及管控措施

3.1過充

3.1.1原因

如果使用的充電器并不是原裝的，充電器運(yùn)行失常等狀況，電池溫度的不斷上升其電解液產(chǎn)生汽化致使內(nèi)壓上升，通常來講要及時終止充電狀態(tài)。

充電初期，因為電池有電阻，電流經(jīng)過電阻的時候會存在一定程度的熱量，其表面溫度也會上升，電池充滿以后負(fù)極已經(jīng)不能夠繼續(xù)填入了?？墒且驗檫@個時候負(fù)極有很好的嵌鋰能力，鋰離子會在正極析出沉積在負(fù)極表面，因為反應(yīng)中形成大量的熱量，就會致使熱失控的狀況，隨之出現(xiàn)一系列的連鎖放熱反應(yīng)，電壓與溫度都會快速上升，這讓鋰電池存在著火與爆炸的可能。

倘若鋰電池存在過充情況，電池中的保護(hù)裝置就會起到有效保護(hù)的作用，其原理就是在電池當(dāng)中安置電壓檢測裝置，這樣做能夠?qū)﹄娐愤M(jìn)行有效保護(hù)，當(dāng)其檢測到電池當(dāng)中的電化異常的時候，保護(hù)裝置就會停止對電池進(jìn)行充電。事實上，因為技術(shù)、設(shè)計等諸多原因會影響這個保護(hù)裝置，所以其還是會持續(xù)充電，當(dāng)高于額定電壓的時候，鋰離子會沉積于表面并且形成枝晶，導(dǎo)致出現(xiàn)枝晶短路[3]。這個時候電芯會出現(xiàn)急劇放電，致使熱量流失，電解液高溫狀態(tài)下出現(xiàn)放熱反應(yīng)，其會致使鋰電池溫度、壓力的上升，產(chǎn)生火災(zāi)、爆炸事故。

3.1.2管控措施

為了能夠?qū)^充引起的火災(zāi)爆炸事故進(jìn)行有效解決，可使用這樣的技術(shù)措施。

保證保護(hù)裝置的質(zhì)量，就能夠降低相關(guān)問題產(chǎn)生的概率。電解質(zhì)與穩(wěn)定助劑的有機(jī)融合高溫中不易產(chǎn)生氧氣，對電解液在高溫狀態(tài)下的分解反應(yīng)進(jìn)行移植。強(qiáng)化提升溫感電機(jī)的作用，在電池內(nèi)溫突然升高的時候，內(nèi)阻也會迅速上升，會關(guān)閉電機(jī)反映。設(shè)置電壓敏感隔膜，當(dāng)處在正常充、放電狀態(tài)的時候，其中的隔膜是絕緣的，各項功能也是正常的，當(dāng)存在過充問題的時候，隔膜也會產(chǎn)生變化，對電池反應(yīng)進(jìn)行阻斷。在充電電壓處在非正常狀態(tài)的時候，聚合物分子會隨之產(chǎn)生氧化反應(yīng)，阻斷電池的反映，熱失控現(xiàn)象隨之被中止。

3.2短路

3.2.1出現(xiàn)短路問題的原因

在電池出現(xiàn)短路故障的時候會導(dǎo)致電池穩(wěn)定性備受影響，繼而分解成出氧氣，也會讓電池內(nèi)的物質(zhì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，同時釋放出很多氣體。這樣的情況會讓電池出現(xiàn)熱失控，在較短時間集聚很多熱能，致使產(chǎn)生火災(zāi)爆炸事故。

一般來講，因為電池正處在工作狀態(tài)，其溫度就會持續(xù)上升，由于其本身具有一定散熱的能力，同時電池當(dāng)中設(shè)置了SEI膜，溫度上升較高的時候，這個SEI膜就會關(guān)閉細(xì)孔，會中止電化學(xué)反應(yīng)，其溫度也會隨之降低，如果鋰電池被外界因素所影響，會對SEI膜產(chǎn)生嚴(yán)重影響，電池短路的狀況就會產(chǎn)生。短路問題的出現(xiàn)，也會致使其他反應(yīng)狀況的出現(xiàn)，鋰電池溫度持續(xù)上升，電解液出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，由于失去控制就會產(chǎn)生安全事故。

內(nèi)部短路一般就是由于鋰離子樹枝狀結(jié)晶穿破隔膜產(chǎn)生的，過充是導(dǎo)致短路爆炸的關(guān)鍵性因素，用陶瓷胳膊、負(fù)極熱阻層等能夠有效規(guī)避電池短路問題的產(chǎn)生。

當(dāng)電池溫度超高的時候，在熱傳遞的作用之下，電解液溫度也會隨之上升，那么SEI膜就會被融化和熔穿，這個時候電池就會出現(xiàn)生疏電池的短路問題，會因為熱反應(yīng)而出現(xiàn)電池爆炸。

3.2.2管控措施

電池芯包含正負(fù)極、隔膜以及電解液等，選擇材質(zhì)、管控技術(shù)以及構(gòu)造設(shè)計等諸多方面都會影響鋰電池實際應(yīng)用的成效，尤其是充電、放電特性，設(shè)計架構(gòu)、材料技術(shù)管控不夠合理，當(dāng)出現(xiàn)過充的時候，就會產(chǎn)生電解液氣化、電池過熱以及電極短路等問題導(dǎo)致的火災(zāi)爆炸問題。對此一定要注意，對應(yīng)的工作場地要使用相應(yīng)的工作方式，如果企業(yè)不具備密閉作業(yè)的條件，也需要要對配料進(jìn)行合理的除塵處理。在開展除塵工作的時候，關(guān)聯(lián)中央排風(fēng)的管道，使用現(xiàn)代化的粉塵回收設(shè)備、設(shè)施等，實現(xiàn)堆積進(jìn)行二次利用的目標(biāo)。在連接中央排風(fēng)管道的時候，一定要注意，整個管道當(dāng)中一定要涵蓋接地設(shè)施，這樣能夠避免粉塵自燃而產(chǎn)生的火災(zāi)、爆炸等安全事故[4]。如果鋰電池添加物是易燃液體，在實際攪拌操作中禁止應(yīng)用易于形成火花的工具、設(shè)備等，攪拌機(jī)也一定要進(jìn)行靜電接地處理，操作現(xiàn)場做好合理有效的消防處理。鋰電池的整個制作操作流程當(dāng)中都要安裝除塵裝置，這樣才能夠切實規(guī)避揚(yáng)塵問題。在對鋰電池進(jìn)行組裝作業(yè)的時候，不允許混入金屬異物，這是因為其會穿透鋰電池中的隔膜，會造成短路等諸多問題。同時對于電池老化室一定要進(jìn)行重點監(jiān)護(hù)，使用現(xiàn)代化技術(shù)、材質(zhì)的防火門，同時要安裝報警器等相關(guān)設(shè)施。對鋰電池的存儲量進(jìn)行嚴(yán)格管控，要求倉庫溫度不能高出30℃。強(qiáng)化提升在人員方面的管理，注重對職工進(jìn)行安全防護(hù)方面的培訓(xùn)，普及并提升職工的安全技術(shù)、知識等，強(qiáng)化其安全操作的技能，對職工自身以及他人安全、健康等進(jìn)行有效保護(hù)。

4 結(jié)語

綜上所述，基于對鋰電池行業(yè)出現(xiàn)火災(zāi)爆炸事故的探析，提出管控鋰電池安全應(yīng)用的有效措施。鋰電池出現(xiàn)火災(zāi)爆炸的因素一般主要就是因為溫度過高、短路或者過充，化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中、人員操作以及各種原因?qū)е露搪返膯栴}，一定要高度重視。鋰電池電解液具有改善電池性能的作用，強(qiáng)化其有機(jī)溶劑的純度，使用對應(yīng)的容積等都能夠?qū)﹄娊庖悍€(wěn)定性進(jìn)行強(qiáng)化。對關(guān)鍵工序進(jìn)行有效監(jiān)管，強(qiáng)化在鋰電池存儲工作中的安全管理，監(jiān)護(hù)火災(zāi)事故的多發(fā)點，強(qiáng)化對人員的培訓(xùn)工作，實現(xiàn)防范鋰電池火災(zāi)爆炸安全事故的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓旭.受限空間鋰離子電池燃爆特性研究[D].廣漢：中國民用航空飛行學(xué)院，2019.

[2] 劉琦，張嘎，吳楠.一種防爆鋰離子動力蓄電池電源裝置[J].電氣防爆，2019， （01）：27-28.

[3] 黃沛豐.鋰離子電池火災(zāi)危險性及熱失控臨界條件研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2018.

[4] 馬瑛.手機(jī)鋰電池防火技術(shù)探究[J].武警學(xué)院學(xué)報，2018，（02）：58-62.