鋰離子電池起火原因分析

案例眾多1995.11.14索尼鋰電池成品充放電測(cè)試室起火2012.6.16惠州億緯鋰能的老化車間發(fā)生火災(zāi)2013.7.7深圳優(yōu)特力的鋰電池車間發(fā)生火災(zāi)2013.9.13深圳迪比科發(fā)生火災(zāi)無(wú)錫明楊電池廠發(fā)生火災(zāi)2013.10.11深圳倍特力電池廠車間發(fā)生火災(zāi)2013.10.21惠州泰格威電池有限公司鋰電池車間起火2013.10.26深圳福永的基德科技筆記本電池車間起火2013.11.22增城一鋰電池廠庫(kù)房起火2013.12.12中山天貿(mào)鋰電池成品倉(cāng)庫(kù)起火2014.8.23深圳龍華一手機(jī)電池廠起火2014.11.19東莞今明陽(yáng)電池廠鋰電池車間起火深圳寶安區(qū)西鄉(xiāng)街道的一家電池廠突然起火2016.3.22深圳美拜成品倉(cāng)庫(kù)起火廈門一電瓶車鋰電池廠發(fā)生起火事故2016.5.31啟東海四達(dá)成品倉(cāng)庫(kù)起火第一頁(yè)，共12頁(yè)。鋰電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（原理圖）正極/負(fù)極/隔膜都浸泡在電解液之中正極呈氧化性，負(fù)極呈還原性，共存于同一體系。兩者電位之差為電池的電勢(shì)。隔膜負(fù)責(zé)隔離正極與負(fù)極，防止直接接觸，同時(shí)它具有多孔特征，允許離子遷移。厚度一般在20微米以下。正極與負(fù)極在電池內(nèi)部短接稱為內(nèi)部短路第二頁(yè)，共12頁(yè)。材料的危險(xiǎn)特性分析鋰電池電解液：80%以上為有機(jī)溶劑，可燃或易燃鋰鹽受熱分解可以產(chǎn)生PF5或HF，有毒氣體溶劑DMC/EMC為甲類易燃，DEC乙類，EC/PC丙類，但碳酸酯無(wú)毒性。負(fù)極：強(qiáng)烈還原性，與鋰金屬接近，反應(yīng)放熱量大

電池狀態(tài)不佳出現(xiàn)粉末狀的鋰枝晶時(shí)更為活躍，見(jiàn)空氣即能自燃。

正常狀態(tài)下的鋰化炭負(fù)極活性稍低于金屬鋰，但比表面積比金屬鋰片大（負(fù)極為多孔狀電極）

著火后不易撲滅。充電態(tài)的負(fù)極與金屬鋰的燃燒特性類似，不能用水或水基滅火劑撲救。

第三頁(yè)，共12頁(yè)。正極材料如果是三元材料或鈷酸鋰，在高溫下還可能釋放出氧氣磷酸鐵鋰相對(duì)高溫穩(wěn)定性好，更難釋放氧氣，所以相對(duì)安全一點(diǎn)

因此動(dòng)力電池中三元材料的安全性更需要嚴(yán)格管控和應(yīng)對(duì)，

鈷酸鋰基本不用于動(dòng)力電池用途

隔膜：隔膜多為PE或PP材料，可燃，但危險(xiǎn)性不高。正極與負(fù)極之間只有十幾微米厚的隔膜分隔。隔膜一旦刺穿即導(dǎo)致內(nèi)短路

危險(xiǎn)性比較：負(fù)極>電解液>正極第四頁(yè)，共12頁(yè)。鋰離子電池能量狀態(tài)與危險(xiǎn)性分析

1.原材料/半成品/尚未充電的成品電池：不含能量或能量極低。此時(shí)最為安全，只有易燃的風(fēng)險(xiǎn)2.充電化成過(guò)程電能注入到電池中，電池積累能量，正極脫鋰，負(fù)極嵌鋰，化學(xué)活性都急劇上升。電壓越高能量越多，危險(xiǎn)性越大。應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控此狀態(tài)。過(guò)度充電則必然導(dǎo)致事故。充電電壓上限由廠家規(guī)定，通常為4.2V，磷酸鐵鋰電池在3.9V左右。但目前所有鋰離子電池目前均不能承受4.8V以上電壓，存在損壞或起火的危險(xiǎn)。截止電壓雖然只相差了0.6V左右，但高出這0.6V會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全問(wèn)題，電壓監(jiān)控必須準(zhǔn)確。3.放電過(guò)程，能量逐步釋放出來(lái)。到截止電壓如2.5V,或2.0V時(shí)，能量較低，安全性上升。但短路仍可能導(dǎo)致火災(zāi)。4.電池?cái)R置狀態(tài)。危險(xiǎn)性取決于電壓高低。高則危險(xiǎn)，低則相對(duì)安全。鋰電池自放電小，擱置幾年也可能仍處于滿電態(tài)而風(fēng)險(xiǎn)較高。第五頁(yè)，共12頁(yè)。能量釋放過(guò)程與特性1.釋能快。電池短路時(shí)能量釋放極快，在數(shù)秒內(nèi)內(nèi)釋放大量熱量

2.受熱下電池易鼓殼或破裂。受熱下電解液急劇汽化易導(dǎo)致外殼破裂

3.電池變形后易進(jìn)一步擴(kuò)大內(nèi)部短路，加快熱量釋放。

4.破裂后易自燃。外殼破裂后暴露到空氣中的負(fù)極易起火自燃。單個(gè)電池起火后引燃周圍其它電池或易燃物，導(dǎo)致火災(zāi)擴(kuò)大。

第六頁(yè)，共12頁(yè)。鋰電池最怕什么?

內(nèi)部：最怕“內(nèi)部短路”。一旦發(fā)生幾乎無(wú)法補(bǔ)救

引發(fā)的常見(jiàn)原因有：循環(huán)過(guò)程中析鋰，鋰枝晶刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路集流體有毛刺扎穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路隔膜存在瑕疵孔洞導(dǎo)致內(nèi)短路金屬顆粒物進(jìn)入電池內(nèi)部刺破隔膜導(dǎo)致內(nèi)短路必須依靠嚴(yán)格的工藝和材料管控消除

第七頁(yè)，共12頁(yè)。鋰電池最怕什么?

外部：最怕外殼變形或破裂。

防范措施是防止電池高溫（60℃以上）以及防止過(guò)度受力變形可能導(dǎo)致極片錯(cuò)位導(dǎo)致內(nèi)短路，進(jìn)而發(fā)熱導(dǎo)致電解液蒸發(fā)鼓張變形導(dǎo)致極片直接接觸的短路變形導(dǎo)致外殼破裂，負(fù)極暴露在空氣中自燃第八頁(yè)，共12頁(yè)。鋰電池最怕什么?

使用中：最怕過(guò)充電。會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或起火。

負(fù)極析鋰導(dǎo)致內(nèi)短路正極析氧，容易導(dǎo)致大量發(fā)熱或起火電解液分解脹氣，外殼變形破裂第九頁(yè)，共12頁(yè)。鋰電池火災(zāi)的特點(diǎn)

煙塵大，負(fù)極碳素/隔膜/包裝物不完全燃燒產(chǎn)生煙塵（黑）。電解液鋰鹽分解也產(chǎn)生煙塵（白）有毒性?？赡芎蟹瘹浠蛭宸椎确铮枰蓝練?。進(jìn)入受限空間或高濃度區(qū)的著火點(diǎn)要自主式呼吸器不適合用水撲救，充電態(tài)負(fù)極為鋰化碳素，遇水產(chǎn)生氫氣。多備黃沙類/粉末類滅火劑在充放電/滿電老化時(shí)比較容易發(fā)生鋰電池失控起火的事故在凌晨導(dǎo)致的火災(zāi)較多，人員巡視不及時(shí)或火災(zāi)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)的容易擴(kuò)大化。第十頁(yè)，共12頁(yè)。提高鋰電池生產(chǎn)安全性的一些措施儲(chǔ)存：控制一定空間內(nèi)的存儲(chǔ)量，各存儲(chǔ)區(qū)加強(qiáng)隔離監(jiān)控：電池倉(cāng)庫(kù)設(shè)立紅外感應(yīng)報(bào)警充放電設(shè)備的電器要勤檢查，確保無(wú)故障（特別是電壓監(jiān)控失靈十分危險(xiǎn)）巡查：人員巡查密度和檢查細(xì)致程度增加絕緣：防止貨架