锂动力电池安全事件及失效分析
和防护措施
一:锂离子电池重大安全事故:
2014年一共发生了6起电动汽车起火事件,当时还并未引起人们的足够重视;
到2015年,电动汽车起火事件增加到了11起,几乎每个月都有安全事故发生,这两年间,事故车辆以纯电动汽车为主,起因主要是动力电池的自燃。
2016年电动汽车起火事件开始大量增加,2016年以来,已经曝光起火的锂电池厂超过了10家。不仅涉及许多国产品牌汽车,一些国际知名汽车品牌,例如特斯拉,也频频发生起火事件,同年一起三星Note7手机电池起火引发西南航空公司客机火灾的事故,一时间电池安全引起了极大关注。
2017、2018年相继发生了18起与25起电动汽车事故;
到2019年,仅上半年就接连发生了12起严重汽车安全事故,5~8月,新能源汽车自燃事故高达79起,可以看出,电池安全问题仍未得到很好解决。
锂离子电池因为其能量密度高、对环境友好、使用寿命长等特点,在消费电子和新能源汽车领域有着不可替代的作用。但同时,锂离子电池也是十分的危险,非常容易发生起
火爆炸。据OFweek锂电网不完全统计,2016年锂电池产业相关起火事故有40起,分布在锂离子电池的生产、运输、应用、回收等各个环节。
锂离子电池安全吗?
二:锂电池安全因素:
锂离子电芯充电后,处于一种高能量的状态,锂离子电池在意外情况下(高温、过充放、内外短路等)引起锂离子电池内部产生热量,如果产生的热量超过了电池热量的耗散能力,锂离子电池就会过热,电池材料就会发生SEI膜的分解、电解液分解、正极分解、负极与电解液的反应和负极与粘合剂的反应等破坏性的副反应,则会引起电池的温度进一步升高,副反应加速,从而释放更多的热量,导致温度进一步升高,加剧反应过程,释放更多的热量,最终导致电池热失控着火或爆炸。
热失控发生的反应过程
热失控触发机理
导致锂离子电池爆炸的原因有炙烤、高温、外短路、挤压和撞击、过充电、过放电、浸泡等等,我们可以从以下方面预防事故的发生:特斯拉回应失控事故
电池热失控诱因
▲针刺、短路、挤压、撞击
当锂离子电池出现短路、针刺或挤压的时候,会导致内部隔膜破裂引发温度突然爆炸式升高,最终出现爆炸的情况,特别是安全性能差的锂离子电池,这个时间将会更加短,一般5秒左右就会爆炸。内部短路可能是结构上的一些损伤,造成的内部的正极和负极直接接触,外部短路的话包括可能会有一些导电的铁丝、铜丝或者一些金属片,造成瞬间的大电流,可能会引发发热和电池的燃烧;
▲热冲击
所谓的热冲击就是环境温度突然升高的现象,假如温度较高,那么会导致锂离子电池负极表面SEI膜出现分解,从而引发放热反映,电池散热假如不好,那么内部温度就会迅速升高,从而出现爆燃现象。例如天气炎热,或者使用的环境温度比较高,也会造成电池内部的一些有机物的融化和收缩,造成电池正负极短接,最终会造成电池的燃烧和爆炸。
▲过充
假如对锂离子电池进行过充,那么多余的电能会转化为热能,因此导致电池本体温度升高出现损坏的情况。往往这个问题会出现在一些没有过充保护的充电器或电子产品上。
三:进展展望
近年来,锂电被广泛应用于电动汽车行业,特别是磷酸铁锂材料电池的出现,更推动了锂离子电池产业的发展和应用。目前,锂动力电池还存在些问题,其质量和体积非常大,放电状况复杂,散热条件及充放电制度控制苛刻;不过,从新能源汽车的发展来看,锂离子电池是更加环保的,汽车燃料的发展是与能源发展相伴而行。在石油时代,汽车使用汽油、柴油作为动力燃料,不但给城市造成空气污染,而且随着石油供应短缺,造成燃油价格上涨,随之出现燃气汽车和生物燃料汽车,作为替代燃料。