中國儲能網(wǎng)訊：近年來，鋰離子電池以其能量密度高、功率密度高、自放電小和壽命長等優(yōu)點，在電動自行車、電動汽車、電動工具、消費電子和儲能等領域被廣泛使用，擁有著廣闊的市場應用前景。但是，頻發(fā)的鋰離子電池火災事故，嚴重制約著鋰離子電池在電動自行車、電動汽車、電池儲能等領域的發(fā)展[1-3]。導致鋰離子電池火災事故的主要原因是：熱失控。熱失控是電池中發(fā)生的一系列不可控的鏈式放熱副反應，引起電池內部溫度急劇上升，進一步加劇放熱副反應，導致電池安全閥打開、噴氣、冒煙，甚至出現(xiàn)著火和爆炸等現(xiàn)象。
1 鋰電子電池著火與爆炸機理
火災是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害。燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應，通常伴有火焰、發(fā)光和發(fā)煙的現(xiàn)象[4]。
1.1 燃燒四要素
火災是指在時間或空間上失去控制的燃燒所造成的災害。燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應，通常伴有火焰、發(fā)光和發(fā)煙的現(xiàn)象[4]。
1.2 著火與爆炸
按照燃燒的條件和發(fā)生瞬間的特點，燃燒可以分為著火和爆炸[4]。著火是指可燃物和助燃物在較大的空間下進行的燃燒，或者是可燃物與助燃物（氧化劑）逐漸進行的燃燒。爆炸是指可燃物與助燃物在密閉空間內充分均勻混合后進行的燃燒。
1.3 鋰離子電池著火與爆炸的誘因
鋰離子電池著火與爆炸的誘因通常被分為以下三類：機械濫用、電濫用和熱濫用[1]。
（1）機械濫用
由于碰撞、擠壓或針刺等導致電池機械變形甚至隔膜部分破裂引發(fā)內短路。
（2）電濫用
外短路、過充、過放、大電流充電或低溫充電等導致電池發(fā)生短路。
（3）熱濫用
加熱、暴曬等導致電池溫度過高，導致SEI膜和隔膜等發(fā)生破壞，正負極短路。
上述3類誘因的共同環(huán)節(jié)為內短路。實際上導致鋰離子電池著火與爆炸的誘因還有：化學和材料濫用、設計和工藝濫用、制造和環(huán)境濫用等（如圖1所示）。
圖1 鋰離子電池著火與爆炸的誘因
1.4 鋰離子電池著火與爆炸機理
當鋰離子電池存在各種濫用時，鋰離子電池的溫度會上升。圖2是鋰離子電池熱失控中各種反應的反應溫度范圍和放熱量[1]。
圖2. 鋰離子電池熱失控中各種反應的反應溫度范圍和放熱量[1]
隨著溫度的上升，鋰離子電池中的副反應狀況：
（1）0℃～45℃，副反應很少
鋰離子電池的通常使用溫度在0℃～45℃，在這個溫度范圍內，鋰離子電池副反應很少。
（2）45℃～60℃，小電流下副反應也很少
在45℃～60℃溫度范圍內，在小電流充放電情況下，鋰離子電池副反應也很少。當電池溫度達到45℃以上，要核查一下原因，查看電池有無異常，如有異常，及時斷電和處理。
（3）60℃～100℃，高溫容量衰減
隨著電池溫度上升，當溫度高于60℃，電池中副反應增加，導致電池容量衰減。
（4）80℃～120℃，固體電解質膜（SEI）分解
一般認為SEI膜分解溫度在80℃～120℃之間。當電池溫度達到80℃，SEI膜開始分解反應，當電池溫度達到90℃， SEI膜分解反應變得明顯。
（5）130℃～250℃，負極與電解液反應
負極表面失去SEI膜后，負極與電解液中的碳酸酯類溶劑發(fā)生副反應，生成碳酸鋰、乙烯、乙烷和丙烷等，放出大量的熱，鋰離子電池的溫度繼續(xù)上升。
（6）120℃～270℃，隔膜關閉、收縮和分解，正負極短路
當溫度達到130℃時，PE隔膜開始熔化和熱收縮，形成閉孔效應。當溫度達到170℃時，PP隔膜開始熔化和熱收縮，隔膜開始解體。當隔膜解體后，正極和負極會連接在一起，發(fā)生短路，放出大量熱，電池溫度進一步升高。
（7）150℃～450℃，安全閥打開和氣體噴出
高溫下，電池中會發(fā)生很多反應：電解質和溶劑分解反應、負極與粘接劑反應、正極與電解液反應、正極材料分解反應等，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氟化氫、乙烯、乙烷、氫氣和氧氣等多種氣體，電池內部壓力不斷增大。當電池內部壓力大于安全閥開啟壓力，安全閥被打開，高溫高壓氣體噴出。
（8）350℃～650℃，噴出氣體的著火和爆炸等過程
噴出的氣體中含有大量可燃氣體，當遇到空氣，溫度達到燃點或有引火源時，滿足燃燒的條件，就會著火并放出大量的熱量，溫度可高達900℃。如果可燃氣體與空氣在密閉空間內充分均勻混合，滿足燃燒條件，就會發(fā)生爆炸。燃燒結束后，殘余物會冷卻至環(huán)境溫度。
1.5 鋰離子電池著火與爆炸的蔓延機理
單個電池在濫用（碰撞、過充、過熱等）條件下，發(fā)生著火或爆炸后，釋放出大量的熱量，其中部分熱量向周邊電池進行傳遞，引起周邊電池溫度上升，引發(fā)周邊電池內部發(fā)生副反應，甚至發(fā)生著火和爆炸，導致鋰離子電池著火與爆炸的蔓延。
2 鋰離子電池著火與爆炸的防控
鋰離子電池發(fā)生著火或爆炸的防控措施如下：
2.1 提高電池質量
采用合格原材料、設計和制造工藝，確保電池的正極、負極、電解液、隔膜等材料的組成、結構和性能符合要求，提高電池、模組、電池包和電池系統(tǒng)的質量和安全防護。
2.2 安裝火災預警、報警、滅火和應急疏散系統(tǒng)
安裝電池火災預警、報警、滅火和應急疏散系統(tǒng)，對早期電池故障進行識別、預警和報警，啟動應急疏散系統(tǒng)指引現(xiàn)場人員遠離火。通過卷簾門和防火門等隔離設備，抑制火災蔓延。同時，通過滅火系統(tǒng)，迅速控制和撲滅火災。
2.3 加強電池安全使用和管理維護
采用正規(guī)廠家生產(chǎn)的合格電池，避免電池的各種濫用（碰撞、針刺、過充、過熱等），加強管理。電池有異常時，要及時地斷電并處理。
2.4 發(fā)生火災時的應對措施
在發(fā)現(xiàn)電池出現(xiàn)冒煙、著火和爆炸等情況，要及時撥打“119”報警，報警時要說清地址、著火物、火勢大小、報警人姓名和電話號碼，并注意傾聽和正確回答消防隊員的詢問。火勢較小時，在保證自身安全的前提下，切斷電源，用滅火器或水進行滅火。在火勢較大或無法迅速控制火勢的情況下，要立即撤離到安全地帶，疏散人群，遠離火災現(xiàn)場并立即報警。
3 逃生
電池火災會迅速產(chǎn)生大量高溫有毒有害的氣體和濃煙，如一氧化碳等。在電池發(fā)生火災時，要盡快逃生。需要注意以下兩個方面：
3.1 保持鎮(zhèn)定，積極應對火災，盡快逃生
首先要將生命安全放在第一位，遠離電池火災現(xiàn)場，如果無法逃離現(xiàn)場，要盡量尋找相對安全的地方等待救援。逃生時，要保持鎮(zhèn)定，做出正確的逃生決策，如果發(fā)現(xiàn)決策錯誤，要立即改正。不要貪戀財物，不盲目從眾。有條件時，在確保自身安全的情況下，積極進行滅火，移走可燃物，關閉門窗，阻止火災蔓延，用水或水龍頭或消火栓進行滅火和降溫，擴大生存空間和逃生通道。同時，通知區(qū)域內人員火災情況，做好應對措施，有序逃生。
3.2 防觸電、防毒氣、防灼傷和防爆炸
在逃生時，要盡量避開氣體、煙霧、燃燒和爆炸區(qū)域和空間，并戴好防護器具。如果沒有防護器具，要屏氣并迅速離開現(xiàn)場，不可乘坐普通電梯，到達安全區(qū)域再呼吸。及時切斷電源，防止觸電。
鋰離子電池正深刻地影響著我們的日常生活，改變著我們的生活方式。未來，鋰離子電池還有很多的潛力等待我們去發(fā)掘，但是鋰離子電池的安全性管理工作已經(jīng)刻不容緩。在使用鋰離子電池的過程中，要加強電池安全使用和管理維護。在發(fā)生電池火災的時候，要沉著冷靜，在保證生命安全的前提下，積極滅火。在逃生過程中，做好自身防護，防止觸電、灼傷等事故的發(fā)生。
