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鋰電池起火怎么滅火

鉅大LARGE  |  點擊量:15472次  |  2018年05月08日  

摘要
鋰電池起火原因,可以劃分成兩個大部分,自身原因和外部原因。自身原因主要是指自身材料、結構熱穩定性的好壞,對火災發生與否的影響;外部原因,指各種濫用手段,引發的鋰電池火災。   鋰電池由正極材料,負極材料和電解液組成,這幾部分的熱穩定性,直接影響著電芯發生熱失控的可能性。

        鋰電池起火原因,可以劃分成兩個大部分,自身原因和外部原因。自身原因主要是指自身材料、結構熱穩定性的好壞,對火災發生與否的影響;外部原因,指各種濫用手段,引發的鋰電池火災。


  鋰電池由正極材料,負極材料和電解液組成,這幾部分的熱穩定性,直接影響著電芯發生熱失控的可能性。


  負極材料的熱穩定性的影響因素


  目前應用的負極材料,絕大部分是碳材料。在高溫條件下,石墨容易與電解液發生反應,尤其電池荷電量高的狀態,LiC6更是能夠提升反應的激烈性。


  有研究發現,負極開始反應放熱的溫度起點,與碳材料的顆粒度有關,顆粒越大,其開始反應的溫度就越高,也就越安全。同時,不同結構的碳材料參與電解液的反應,其放熱量并不相同,石墨就比無定型碳(主要指軟碳和硬碳)放熱量大。


  正極材料熱穩定性的影響因素


  當前應用廣泛的鋰電池正極材料,都是鋰的化合物。磷酸鐵鋰,錳酸鋰和三元鋰,如果泛泛的說,三者的安全性是從高到低排列的。而有人專門對正極材料在這些電池安全性中的影響做了研究。


  研究認為,鋰的化合物分子式中,鋰的含量越高,其熱穩定性就越差,開始與電解液反應的溫度就越低。有個定量的比較,分子式中各個原子的比例系數,當鋰的系數是0.25時,其反應溫度為230℃;如果這個數值變成1,其起始反應溫度就變成了170℃。此外,如果正極材料中含有除了鋰以外的其他金屬元素,則含錳元素的正極材料比含鎳元素的正極材料熱穩定性好。


  電解液熱穩定性影響因素


  電解液可以說是熱穩定性問題的核心,它的穩定性直接影響整個體系的穩定性。有人針對電解液的熱穩定性做了一些列研究,結果表明:


  電解液中的碳酸二甲酯含量越高,其熱穩定性越差,越容易與正負極材料發生反應;電解液與越多類型材料相容性差,也就是在較低的溫度下可以與多種不同的鹽類發生反應,說明它越活潑,其熱穩定性就越差。


  老化帶來的熱失控


  老化是一個綜合的過程,負極SEI膜結構老化,出現破損,引發自生熱過程;負極鋰枝晶堆積,造成內短路或者遇到高溫環境與電解液激烈反應。老化帶來的內阻上升,使得熱積累出現的概率上升??偟膩碚f,老化與熱失控風險存在正相關性。


  鋰電池著火撲滅的正確方法:


  1、電池起火后,應及時切斷供電電源,從容有序的疏散人員。


  2、將臨近電池箱兩側的車窗打開,避免煙霧對車內人員造成傷害。


  3、快速用水去滅火,按照規范的滅火方式進行滅火。(東莞鳳崗2014年明陽電池廠發生火災,員工用干粉滅火器是無效,中國科學院高能物理研究所畢業的物理學博士李樹軍認為:由于電池內部自燃爆炸,此時用干粉滅火器就無法奏效,而最好的方法是用水去降溫。)


  4、火被撲滅后,需等電池模塊冷卻后再進行處理搬出電池倉。


  鋰電池滅火主要是由于熱失控原因造成的,如果需要滅火,首先需要搞明白熱失控的真實原因。引起鋰電池熱失控的因素主要有外部短路、外部高溫和內部短路?!騼炔慷搪罚河捎陔姵氐臑E用,如過充過放導致的支晶、電池生產過程中的雜志灰塵等,將惡化生成刺穿隔膜,產生微短路,電能量的釋放導致溫升,溫升帶來的材料化學反應又擴大了短路路徑,形成了更大的短路電流,這種互相累積的互相增強的破壞,導致熱失控。下面以鈷酸鋰電芯為例,簡述一個典型熱失控過程。A:準備階段,電池處于滿電狀態;B:內短路發生,大電流通過短路點而產生熱量,并通過LiC6熱擴散,達到SEI膜分解溫度,SEI膜開始分解,放出少量CO2和C2H4,殼體輕微鼓脹,隨著短路位置的不斷放電,電池溫度的不斷上升,電液中鏈狀溶劑開始分散,LiC6與電液也開始反應放熱,伴隨著C2H5F\C3H6\C3H8產生,但反應較慢,放熱量較??;C:隨著放電的進行,短路位置溫度繼續升高,隔膜局部收縮融化,短路位置擴大,溫度進一步升高,當內部溫度達到Li0.5Co02的分解溫度時,正極瞬間分解,并釋放O2,后者于電液瞬間反應放出大量熱量,同時放出大量CO2氣體,造成電池內壓增大,如果壓力足夠大,沖破電池殼體,引起電池爆炸;D:如果殼體炸開,極片散落,溫度不會繼續升高,反應終止;但如果殼體只開裂,極片沒有散落,這時LiC6繼續與電液反應,溫度會繼續升高,但升溫速率下降,由于反應速率較慢,所以可以維持較長時間;E:當電池內部反應的產熱速率小于散熱速率時,電池開始降溫,直至內部反應完畢;◎外部短路:實際車輛運行中發生危險的概率很低,一是整車系統裝配有熔斷絲和電池管理系統BMS,二是電池能承受短時間的大電流沖擊。極限情況下,短路點越過整車熔斷器,同時BMS失效,較長時間的外部短路一般會導致電路中的連接薄弱點燒毀,很少導致電池發生熱失控事件?,F在,比較多的PACK企業采用了回路中加熔斷絲的做法,更能有效的避免外短路引發的危害?!蛲獠扛邷兀河捎阡囯姵亟Y構的特性,高溫下SEI膜、電解液、EC等會發生分解反應,電解液的分解物還會與正極、負極發生反應,電芯隔膜將融化分解,多種反應導致大量熱量產生。隔膜融化導致內部短路,電能量的釋放又增大了熱量的生產。這種累計的互相增強的破壞作用,其后果是導致電芯防爆膜破裂,電解液噴出,發生燃燒起火?;谝陨显?,對鋰電池進行滅火處理,讓我們看下特斯拉和通用的推薦:1.如果遭遇小火災,火焰沒有蔓延到高壓電池部分,可以采用二氧化碳或ABC干粉滅火器滅火。2.在徹底檢查火情的時候,不要與任何高壓部件接觸,始終使用絕緣工具進行檢查。3.儲存氣體的充氣瓶、氣體支柱和其他組件可以達到沸騰液體膨脹蒸汽爆炸的極端溫度。在檢查到事故的“熱區”前,要進行有適當精細防護的拆解。4.如果高電壓電池在火災中彎曲、扭曲、損壞,總之就是變得不成樣子,或者懷疑電池出現問題。那么滅火時的用水量不能太少,消防用水要有足夠的量。5.電池著火可能需要24小時才能完全撲滅。使用熱成像攝像頭,可以確保高電壓電池在事故結束前完全冷卻。如果沒有熱成像攝像頭,就必須監控電池是否會復燃。冒煙表示電池仍然很熱,監控一直要保持到電池不再冒煙的至少一小時之后。通用沃藍達的應急救援手冊中對電動汽車的消防滅火是那樣指導的:如果電池達到足夠高的溫度,泄漏和釋放電解質,電解液肯定是易燃品。這就需要用大量的水來冷卻電池和滅火,因為直流和交流系統沒有接地,消防員可以安全的用水作為主要滅火劑,而且沒有觸電的危險。ABC干粉滅火器不會熄滅電池火焰。消防員應避免在滅火或解脫操作任何高壓組件中的內部直接接觸,這會潛在導致電擊。


  真正能滅電池火的滅火劑目前是不存在的,一種有效的嘗試是用水冷卻,窒息控制,但電池內部有壓力和電解液(化學品),所以燃燒比較復雜,并不能直接滅火。另外,針對電動汽車,深圳據說使用小型的氣溶膠自動滅火裝置,魚罐頭大小,磁鐵吸附在車體內電池邊上,使用少量爆破氣溶膠彌漫滅火,小空間很好用。


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