中國儲(chǔ)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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具、消費(fèi)電子和儲(chǔ)能等領(lǐng)域被廣泛使用，擁有著廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。但是，頻發(fā)的鋰離子電池火災(zāi)事故，嚴(yán)重制約著鋰離子電池在電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電池儲(chǔ)能等領(lǐng)域的發(fā)展[1-3]。導(dǎo)致鋰離子電池火災(zāi)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?zhǔn)椒艧岣狈磻?yīng)，引起電池內(nèi)部溫度急劇上升，進(jìn)一步加劇放熱副反應(yīng)，導(dǎo)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(jī)理
火災(zāi)是指在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，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(zāi)是指在時(shí)間或空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。燃燒是指可燃物與氧化劑作用發(fā)生的放熱反應(yīng)，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(diǎn)，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(jìn)行的燃燒，或者是可燃物與助燃物（氧化劑）逐漸進(jìn)行的燃燒。爆炸是指可燃物與助燃物在密閉空間內(nèi)充分均勻混合后進(jìn)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(jī)械濫用、電濫用和熱濫用[1]。
（1）機(jī)械濫用
由于碰撞、擠壓或針刺等導(dǎo)致電池機(jī)械變形甚至隔膜部分破裂引發(fā)內(nèi)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(dǎo)致電池發(fā)生短路。
（3）熱濫用
加熱、暴曬等導(dǎo)致電池溫度過高，導(dǎo)致SEI膜和隔膜等發(fā)生破壞，正負(fù)極短路。
上述3類誘因的共同環(huán)節(jié)為內(nèi)短路。實(shí)際上導(dǎo)致鋰離子電池著火與爆炸的誘因還有：化學(xué)和材料濫用、設(shè)計(jì)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(jī)理
當(dāng)鋰離子電池存在各種濫用時(shí)，鋰離子電池的溫度會(huì)上升。圖2是鋰離子電池?zé)崾Э刂懈鞣N反應(yīng)的反應(yīng)溫度范圍和放熱量[1]。
圖2. 鋰離子電池?zé)崾Э刂懈鞣N反應(yīng)的反應(yīng)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(yīng)狀況：
（1）0℃～45℃，副反應(yīng)很少
鋰離子電池的通常使用溫度在0℃～45℃，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，鋰離子電池副反應(yīng)很少。
（2）45℃～60℃，小電流下副反應(yīng)也很少
在45℃～60℃溫度范圍內(nèi)，在小電流充放電情況下，鋰離子電池副反應(yīng)也很少。當(dāng)電池溫度達(dá)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(shí)斷電和處理。
（3）60℃～100℃，高溫容量衰減
隨著電池溫度上升，當(dāng)溫度高于60℃，電池中副反應(yīng)增加，導(dǎo)致電池容量衰減。
（4）80℃～120℃，固體電解質(zhì)膜（SEI）分解
一般認(rèn)為SEI膜分解溫度在80℃～120℃之間。當(dāng)電池溫度達(dá)到80℃，SEI膜開始分解反應(yīng)，當(dāng)電池溫度達(dá)到90℃， SEI膜分解反應(yīng)變得明顯。
（5）130℃～250℃，負(fù)極與電解液反應(yīng)
負(fù)極表面失去SEI膜后，負(fù)極與電解液中的碳酸酯類溶劑發(fā)生副反應(yīng)，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(guān)閉、收縮和分解，正負(fù)極短路
當(dāng)溫度達(dá)到130℃時(shí)，PE隔膜開始熔化和熱收縮，形成閉孔效應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到170℃時(shí)，PP隔膜開始熔化和熱收縮，隔膜開始解體。當(dāng)隔膜解體后，正極和負(fù)極會(huì)連接在一起，發(fā)生短路，放出大量熱，電池溫度進(jìn)一步升高。
（7）150℃～450℃，安全閥打開和氣體噴出
高溫下，電池中會(huì)發(fā)生很多反應(yīng)：電解質(zhì)和溶劑分解反應(yīng)、負(fù)極與粘接劑反應(yīng)、正極與電解液反應(yīng)、正極材料分解反應(yīng)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(nèi)部壓力不斷增大。當(dāng)電池內(nèi)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?xì)怏w，當(dāng)遇到空氣，溫度達(dá)到燃點(diǎn)或有引火源時(shí)，滿足燃燒的條件，就會(huì)著火并放出大量的熱量，溫度可高達(dá)900℃。如果可燃?xì)怏w與空氣在密閉空間內(nèi)充分均勻混合，滿足燃燒條件，就會(huì)發(fā)生爆炸。燃燒結(jié)束后，殘余物會(huì)冷卻至環(huán)境溫度。
1.5 鋰離子電池著火與爆炸的蔓延機(jī)理
單個(gè)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(jìn)行傳遞，引起周邊電池溫度上升，引發(fā)周邊電池內(nèi)部發(fā)生副反應(yīng)，甚至發(fā)生著火和爆炸，導(dǎo)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(zhì)量
采用合格原材料、設(shè)計(jì)和制造工藝，確保電池的正極、負(fù)極、電解液、隔膜等材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能符合要求，提高電池、模組、電池包和電池系統(tǒng)的質(zhì)量和安全防護(hù)。
2.2 安裝火災(zāi)預(yù)警、報(bào)警、滅火和應(yīng)急疏散系統(tǒng)
安裝電池火災(zāi)預(yù)警、報(bào)警、滅火和應(yīng)急疏散系統(tǒng)，對(duì)早期電池故障進(jìn)行識(shí)別、預(yù)警和報(bào)警，啟動(dòng)應(yīng)急疏散系統(tǒng)指引現(xiàn)場(chǎng)人員遠(yuǎn)離火。通過卷簾門和防火門等隔離設(shè)備，抑制火災(zāi)蔓延。同時(shí)，通過滅火系統(tǒng)，迅速控制和撲滅火災(zāi)。
2.3 加強(qiáng)電池安全使用和管理維護(hù)
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(qiáng)管理。電池有異常時(shí)，要及時(shí)地?cái)嚯姴⑻幚怼?
2.4 發(fā)生火災(zāi)時(shí)的應(yīng)對(duì)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(shí)撥打“119”報(bào)警，報(bào)警時(shí)要說清地址、著火物、火勢(shì)大小、報(bào)警人姓名和電話號(hào)碼，并注意傾聽和正確回答消防隊(duì)員的詢問?；饎?shì)較小時(shí)，在保證自身安全的前提下，切斷電源，用滅火器或水進(jìn)行滅火。在火勢(shì)較大或無法迅速控制火勢(shì)的情況下，要立即撤離到安全地帶，疏散人群，遠(yuǎn)離火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)并立即報(bào)警。
3 逃生
電池火災(zāi)會(huì)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(zāi)時(shí)，要盡快逃生。需要注意以下兩個(gè)方面：
3.1 保持鎮(zhèn)定，積極應(yīng)對(duì)火災(zāi)，盡快逃生
首先要將生命安全放在第一位，遠(yuǎn)離電池火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，如果無法逃離現(xiàn)場(chǎng)，要盡量尋找相對(duì)安全的地方等待救援。逃生時(shí)，要保持鎮(zhèn)定，做出正確的逃生決策，如果發(fā)現(xiàn)決策錯(cuò)誤，要立即改正。不要貪戀財(cái)物，不盲目從眾。有條件時(shí)，在確保自身安全的情況下，積極進(jìn)行滅火，移走可燃物，關(guān)閉門窗，阻止火災(zāi)蔓延，用水或水龍頭或消火栓進(jìn)行滅火和降溫，擴(kuò)大生存空間和逃生通道。同時(shí)，通知區(qū)域內(nèi)人員火災(zāi)情況，做好應(yīng)對(duì)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(shí)，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(hù)器具。如果沒有防護(hù)器具，要屏氣并迅速離開現(xiàn)場(chǎng)，不可乘坐普通電梯，到達(dá)安全區(qū)域再呼吸。及時(shí)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?nèi)グl(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(qiáng)電池安全使用和管理維護(hù)。在發(fā)生電池火災(zāi)的時(shí)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(hù)，防止觸電、灼傷等事故的發(fā)生。
