CAT蓄电池锂电池火灾成因及其火灾特点研究

摘要:引进几起运用锂电池的新能源产品火灾实例，概述锂电池工作的原理、其内部的结构、使用的范围以及当前主要运用的产品类别，对当下锂电池火灾的缘由展开初步探究，着重剖析锂电池热失控的几个主要引发因素，将就锂电池火灾的特点以及处置的措施予以简要阐释。

关键词：锂电池；热失控；诱因

引言

三星手机Note7在上市之初，各地接连有手机起火爆炸事件被爆出，迫于舆论压力，2017年1月发出通告表明是电池原因所致，该事件在国际上曾引起很大轰动；2019年广西桂林雁山区发生“5.5”民房火灾，致使5人死亡，数十人不同程度受伤，火灾原因是电动自行车电气故障；2021年4月，广州增城区东江大道北一辆特斯拉电动车因失控发生交通事故，车辆损毁并引发火灾，事故造成一名男乘客当场死亡。在国际社会，特别是科技发达国家都在竞相争夺新能源科技制高点的这种趋势之下，动力锂电池作为当下大量普及应用，且有着极大可能颠覆时代的新能源产品，在对锂电池性能、设计进行创新和探索的进程中，因为缺少成熟的实践经验，又缺少足够的市场考验，再加上普通老百姓对锂电池的系统原理以及操作使用注意事项并不熟悉，这就致使锂电池这种新能源产品频繁出现火灾事故，进而造成了较大的社会舆论。

1 锂电池简介

文稿里所提及的锂电池指的是锂离子电池，其构造材料主要涵盖电解液、隔膜以及正、负极材料。锂电池的工作原理是借助锂离子穿过电解液与隔膜，在正、负极材料之间构建起储存和放电的进程。新型锂电池具备存储电量高、工作时间长、循环充电次数多、充电速度快等优势，在智能科技电子产品、家用电器以及电动汽车等领域得以广泛应用。锂电池电子导电率要提升，电极附近锂金属析出不能让其造成短路情况，炭黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管等辅材常被加入用作导电剂，锂电池里电子传输速度能提升到快速移动归位状态，锂电池充放电速度以及循环充电次数也能提高。特斯拉、比亚迪、蔚来汽车等新能源电动车热度高，在用的锂电池，主要是磷酸铁锂电池、锰酸锂电池还有三元锂电池这三种。对于磷酸铁锂电池而言，它在性能稳定性层面表现得颇为显著，于循环使用次数这一方面也展现得较为突出，然而在电量存储能力这块呢，却是逊色于三元锂电池的，在当下各类追求精细、超薄以及高效的科技产品流行趋势当中，这就成了阻碍它称霸市场的关键要素；三元锂电池凭借能量密度比高的特性，曾有一度成为了被市场所青睐的对象，还被誉为未来之星，可电池稳定性欠佳以及成本偏高的不足之处，致使其在车用领域遭受了极大的限制，诸如基本上使用三元锂电池的特斯拉电动车火灾爆炸事故，一度还成为了热搜话题；锰酸锂电池其价格是比较低的，其功率、循环寿命以及安全性方面表现平平，不过随着新技术创新应用之后，新型锰酸锂电池的各项功能有了颇为显著的提升。

2 锂电池火灾原因分析

跟着智能科技电子产品蓬勃地发展，锂电池的运用变得越发普遍啦。这使得锂电池的安全性能，成为了对其综合评价产生影响的重点所在呢。而锂电池会出现起火爆炸的情况，主要缘由在于，在锂电池这个封闭环境条件下，同时存有氧化剂与还原剂，其于小小的系统内部开展充电以及放电操作时，便可生出动力，不像传统汽车发动机或者燃料电池那样，需添加空气以及燃料方可燃烧以产生能量，并且，鉴于锂电池在电的生成以及使用进程里，皆易于形成短路或者致使电池结构受损，所产生的热量无法及时得以释放並冷却，进而造成锂电池及其关联产品引发火灾 。

而且，时有发生激烈燃烧爆炸情况。热失控乃是致使锂电池火灾的根本缘由，热失控主要是由电化学诱因、热诱因以及机械电气诱因之中的一种或者多种同时发挥功用，进而引发一系列连锁反应，其所产生的热量能够让电池组内部温度升高至数百乃至上千摄氏度，最终引发火灾。锂电池火灾，是因电芯内发生链式反应致使热失控，起初，覆盖在电极上的隔膜，以及电芯正负极之间起分隔作用的隔膜遭破坏，进而负极、正极材料先后与电解液中的化学物质发生反应并分解，致使锂电池电芯持续形成短路、隔膜损坏、再短路的恶性循环，同时生成大量能量引发电解液燃烧，燃烧产生的更大热量经由热传递和热辐射等途径蔓延至临近电芯，导致锂电池整体形成热失控直至燃烧爆炸。^[1]那么接下来，我自身要针对致使热失控出现的，包含电化学引发因素、热引发因素以及机械电气引发因素的这三种引发因素，展开简要的阐释说明：

2.1 电化学诱因

2.1.1电池浸水引发自燃和爆炸也可归纳为电化学诱因

当锂电池浸水后，因渗入电池包的水会发生电解水反应，生成的气体能致使电路不断地通电断电，不稳定电流特别是突然出现的大电流极易产生电弧，电弧瞬间的高温既能引燃电解液，又能造成电池壳体熔化，进而引发锂电池热失控。2012年，美国一辆菲斯克电动汽车在飓风桑迪时因泡水引发自燃，还有2018年，在广州一辆力帆650EV电动汽车泡过水后行驶中自燃，这两起电动车自燃火灾均是电化学诱因导致的火灾案例 。^[2]另有，于日常运用当中，要是锂电池存有过量的水分，钻进电芯里面的水分跟电解液展开化学反应，电池内部系统平衡被破坏，致使电池的电压以及容量产生改变，在反复的充放电短路以及一系列化学反应之后形成热失控。

2.1.2锂电池过充放电

发生过充电起火事件的范围囊括了像国外的特斯拉、保时捷，以及国产众泰、比亚迪等电动车，过充放电在致使锂电池引发火灾方面，是极为常见且危害极大的一个原因。锂电池过充电时，负极部位石墨的间层结构，没有足具的容量去接收充电的过程里所生的锂离子，致使在负极的表面析出这种“枝晶”，当“枝晶”越积越发多，其体积愈发大起来，待达到了一定长度之后就会刺穿分隔电芯内部正负极的隔膜纸，正负极之间的化学物质直接接触便产生短路情况，进而形成链式反应生成大量气体以及高温，突破电芯的外壳由此引发火灾，这便是锂电池过充放电所引发的热失控 。

^[3]有锂电池过充电致使火灾的案例，2018年7月深圳一辆陆地方舟纯电动物流车充电时起火，刚冒烟时现场充电工发现并按流程处置，无奈车辆燃烧快且起火部位是内部封闭电池组，无法第一时间采取有效措施扑灭，等到消防车辆到达时车辆已被烧毁，2018年3月泰国曼谷一辆保时捷电动车充电时起火，火灾最终使住宅也遭损毁 。科技持续创新式发展，各类智能科技运用令人应接不暇，可是鉴于对复杂条件中或所存隐患预见欠缺，再加上设计环节、加工之时有错误，以及后续操作出现失误，这也致使锂电池使用范畴里有火灾事故不时发生。2016年，一辆特斯拉于充电之际，因为当地气温过低，致使智能充电系统错误估算锂电池电量情况，在实际电量已饱和情况下未及时断电从而造成过充电，继而起火引发了火灾 。

2.1.3锂电池内部短路

锂电池内部短路，除了前面讲过的，因电池浸水以及过充电引发的短路，还有一些源于设计、制造以及其他环境因素致使的短路，在锂电池内部发生短路后，造成热失控的原理，几乎都是相似的。一旦锂电池电芯发生短路，电芯就会出现大电流放电，同时产生过多的热量，引起隔膜熔化，进而破坏电芯内部结构，引发一系列连锁反应，并且加大短路现象，当电芯不断产生的高温，以及生成的大量气体，超过电芯的外壳所能承受的压力时，就会发生结构损坏，以及火灾蔓延 。^[4]。
2.2 热诱因

直接致使热失控的原因在于热诱因，它还是其他几种诱因产生后必经的阶段 。热诱因涵盖因使用不当、操作失误或者设计缺陷等造成的外部短路 ，电池突然放出过大电流致使电芯内部系统失衡进而产生发热现象 ，大量的热量形成高温会破坏锂电池正负极之间的隔膜 ，导致隔膜无法有效隔离正负极之间的电解液等物质 ，造成锂电池内部短路 ，在一系列链式反应后引发火灾事故 。有这样的类似案例，在2008年的时候，美国公司CEPCI未依照电芯制造商A123的使用规则去操作，自行把锂电池加进新购置的一辆丰田普锐斯里进行改装，热控芯片在车辆行驶之际无法有效发挥监测提醒以及自动冷却的作用，最终致使热失控引发火灾 另外，高温环境同样能够导致锂电池热失控，比如说夏天停放在室外的汽车，在烈日的烘烤之下，封闭的车内温度最高能够达到150 。℃在这般高温环境当中，锂电池内部会出现负极SEI膜溶解的情况，进而开始产生自生热，还有某些耐高温性能欠佳的隔膜，会局部融化收缩从而引起短路，最终甚至直到发生火灾 。^[3]。

2.3 机械电气诱因

锂电池电解液，在未曾添加那种能起到阻燃作用的药剂时（而在按照正规规范生产出来的锂电池电解液当中，都会添加这种阻燃剂，以此来保障产品于正常使用过程中的安全性），其燃点大概是130。℃含有电芯中绝大部分的可燃、易燃物质，除电化学诱因与热诱因外，正常使用时锂电池能保持较好性能稳定性，然而机械电气诱因也会致使锂电池发生热失控，机械电气诱因是因金属器械穿刺破坏锂电池内部结构致使电池短路，或者撞击产生强大外力致使锂电池内部隔膜损坏形成电池内短路，进而经锂电池内部一系列链式反应造成热失控，热失控可瞬间将周围温度提升到300 。℃就此。2013年10月份，一辆特斯拉Model S在高速行进期间，底盘遭受碰撞，致使锂电池隔膜受损进而形成内短路，好在特斯拉Model S安全系统迅速向车主发出警示，大约20分钟之后，这辆特斯拉Model S发生起火，在发出警告后，车上人员及时撤离才得以幸免于难。当时正赶上特斯拉电动汽车在全球火爆，这一事件成为“特斯拉第一烧”，受到全球各大媒体的高度重视以及大幅报道，世界舆论一度让特斯拉股价下跌6%。

3 锂电池火灾事故特点

在科学技术迅猛加速发展以及运用进程当中，锂电池火灾作为新冒出来的一类火灾，它的火灾特征跟其他传统类别的火灾存在着诸多不一样的地方。其一，火灾具有很强的突发性，其火势发展得极为迅速，燃烧状况十分猛烈，待消防队赶到火灾现场时常常已然无法实施挽救；其二，在生产存储锂电池的场所发生火灾之际，鉴于锂电池的热失控极易致使火势蔓延开来，火场会产出大量浓烟以及热辐射，使得消防人员很难靠近进行侦察与处置；其三，对火灾扑救，技术要求颇高，当下并没有特别有效的灭火药剂可用于扑救锂电池火灾，锂电池火灾所产生的大量有毒气体以及爆炸危险时刻在对消防救援人员的自身安全构成威胁；其四，锂电池火灾存在复燃的风险，电芯内隔膜遭受破坏后能够在封闭环境里持续发生链式反应进而形成火灾，明火被扑灭之后也需要长时间进行射水冷却，然而锂电池浸水又有可能发生电解水反应从而形成热失控，这给消防救援人员在处置锂电池火灾时造成很大的难题 。^[4]。

消防救援局于2016年底发布了《新能源汽车火灾扑救规程》以及《锂电池生产仓储使用场所火灾扑救安全要点》，其中针对新能源汽车火灾，从接警出动开始，到力量调集，再到风险评估、现场管控、安全防护、处置措施、注意事项、现场移交等整个过程都制定了详细操作规程，另外针对锂电池生产仓储使用场所火灾，同样从接警出动起，至力量调集，接着到风险评估、现场管控、安全防护、处置措施、注意事项、现场移交等全过程也制定了详细操作规程，在本文当中不再累述。

4结论

国家针对锂电池安全方面，相关标准规范持续完善且出台，各相关企业对锂电池生产工艺，不断创新并升级，锂电池使用愈发广泛且安全，各种新能源技术开发，进行更新换代，相信当前锂电池在应用领域，存在的火灾问题即将迎刃而解