三元鋰電池燃燒爆炸的原因分析

隨著三元鋰電池技術(shù)的不斷發(fā)展，能量密度更高的三元材料逐漸替代了穩(wěn)定性更好的磷酸鐵鋰材料。雖然三元材料為三元鋰電池帶來(lái)了更高的能量密度，但是其熱穩(wěn)定性的安全性能就變成了更大的挑戰(zhàn)，主要是高鎳材料在200℃度左右就開(kāi)始發(fā)生分解釋放O2，這也導(dǎo)致了鋰電池鼓包，嚴(yán)重的甚至?xí)崾Э匕l(fā)展成燃燒爆炸的事故。

研究表明熱失控發(fā)展成燃燒爆炸主要是正極材料高溫分解產(chǎn)生O2與電解液氣化后產(chǎn)生的混合氣體噴出，再加上負(fù)極與電解液反應(yīng)產(chǎn)生的大量的烷烴類(lèi)氣體，氣體混合后再高溫下自燃。

實(shí)驗(yàn)中作者采用了兩種方式觸發(fā)熱失控，第一種是加熱的方式，通過(guò)在電池下部增加一個(gè)熱板，對(duì)滿(mǎn)電態(tài)的電池進(jìn)行加熱，觸發(fā)熱失控。第二種方式是采用充放電設(shè)備對(duì)電池進(jìn)行持續(xù)充電，通過(guò)過(guò)充的方式觸發(fā)電池?zé)崾Э亍？梢苑譃槲鍌€(gè)步驟：1.加熱，電池鼓包；2.一端爆噴；3.另一段爆噴；4.安靜燃燒；5. 結(jié)束。通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電池被加熱到215.7 ℃時(shí)，電池開(kāi)始出現(xiàn)明顯的鼓脹和電解液爆噴現(xiàn)象，電池的一端出現(xiàn)噴火。大約7s后電池的另一端也開(kāi)始出現(xiàn)噴火，同時(shí)電池四周也開(kāi)始破裂，出現(xiàn)噴火，這一過(guò)程持續(xù)了19s，最高溫度為720.1 ℃。隨后電池進(jìn)入到安靜燃燒的過(guò)程，這一過(guò)程持續(xù)了28s。在整個(gè)加熱的過(guò)程中電池的電壓基本無(wú)變化，直到電池出現(xiàn)爆噴后，電池電壓突然下降為0V，這表明無(wú)法通過(guò)檢測(cè)電壓異常的方式預(yù)警電池?zé)崾Э囟l(fā)生自燃爆炸事故。

盡管三元鋰電池在使用中增加了許多種安全保護(hù)措施，但是還是規(guī)避不了會(huì)有偶然性發(fā)生手機(jī)自燃爆炸的原因。