锂电池爆炸的案例今年已经有数起,昨天深圳市又有锂电池厂发生了爆炸——原因暂未查明,今天其母公司还因“堆放的电芯故障自燃引起火灾爆炸”停牌,有人称是因为深圳太热电池受不了的缘故。

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我也曾目睹展会上无人机飞行过程中撞墙后落地锂电池立马爆炸着火,事实上,锂电池的热活性是很大,但是引发起爆炸的原因还是蛮多的,例如:

1.温度。影响锂电池安全性的因素有多,其中电池材料对锂电池的安全性有重要影响,因为电池材料一般都具有热活性,当电池温度持续升高时,其内部就会进行许多热反应,当热量不能及时散失时,很容易引起电池安全事故,所以锂电池正负极材料的选择对于电池安全性能具有重要影响。

2.制造工艺。电池的制造工艺也是影响电池安全性能的重要因素,其中最主要的有三方面因素,分别为正负极容量配比、浆料均匀度控制、涂布质量控制,其中正负极容量配比关系到电池的使用寿命以及安全性能,为了保证电池的安全性能,需要充分考虑电池充电时的正负极循环特性以及负极接受锂的能力。浆料均匀度直接影响电池活性物质在电极上分布的均匀性,浆料不均匀,电池充放电时会出现负极材料膨胀与收缩的现象。而涂布质量控制不好很容易引起电池内部短路,另外,涂布的厚度以及均匀性会影响活性物质的嵌入和脱出。

在使用过程中,大电流(外短路,内短路)导致的过热引起爆炸;破裂也可能使充电后不稳定的负极(沉积有锂)接触空气导致大量放热/或负极容量不足;过充/过放也会引起爆炸。

锂电池爆炸的威力有多大?

知乎网友飞鱼一半:爆炸威力我也不知道怎么量化表征,我觉得带硬壳的锂离子电池爆炸起来还是很有破坏性的。就2.5Ah的18650爆炸起来,就可以把钢壳完全炸开,不是把盖子顶开那种,是把钢壳炸成一个片。

知乎网友馋老呸:感性描述下锂离子电池的爆炸威力。外壳为铝合金,尺寸为20120300(mm)、电芯正极为锰酸锂的容量为50AH的电池做过冲测试时发生爆炸:3米高屋顶熏黑,离电池半米左右的墙炸穿一个洞(墙体是砖还是夹芯板忘了),门窗玻璃碎裂。还好炸的时候木有人。

知乎网友郑娜:携带用锂电池UL规范:扔到火里电池爆炸时要求爆炸半径不大于1m。当然,毫安时容量越大,爆炸威力越大。如同一个鞭炮和一挂鞭炮爆炸的区别。“例外:圆柱形电池容量小于300mAh或钮扣电池,如果测试表明没有这些危险则不要求标识。”

锂电池在满电量爆炸和空电量爆炸时能量有多大区别?

关于这个问题的争论有两个派别,一种人为爆炸和满点/空电没有关系(无关派),一种认为有关系(相关派)。

无关派代表:知乎网友兀丐。

“如何爆炸?大家都知道电池是个铁皮的封闭体系(铝塑膜的会变成气球爆炸),而目前电池内部都是液体的有机电解质,当出现高热或者过充时,有机物非常容易分解气化,导致电池内压力骤升,从而导致爆炸。

从这里可以看出,爆炸主要是由于电解液的分解及气化导致,与满电,空电没有关系。如果从引发角度来看,满电的电池容易引发爆炸,而空电的不容易爆炸。这样看,满电电池爆炸的可能性及威力会比较大。”

相关派代表:知乎网友Mark。

“满电的电池和空电的电池爆炸起来区别还是很大的。这两种状态的电池爆炸起火的机理是不太一样。

先看看锂离子电池的电池总反应:LiCoO2 +6C →Li1-xCoO2+LixC

电池在空电量的时候,从理想状态假设,电池内部的状态就是反应式左边的状态。电池负极可以看做是石墨,正极就是钴酸锂,这两种物质都是很稳定的。钴酸锂在290℃才开始反应,石墨就更不用说了。而且电池里面没有能量,所以空电电池基本上很稳定,不会发生起火爆炸的情况。现有的测试基本上都不能让空电的电池起火(挤压、重锤、130°热箱烘烤、穿刺),唯一能让它爆炸的就只有用火烤,用火烧也的好几分钟。

火烤电池爆炸的机理是内部电解液高热下迅速气化,撑爆壳体,可燃性气体及正负极上残余的电解液与明火相遇起火。

总的来说,空电电池爆炸,正负极的活性物基本上是不参与反应的。

现在说说满电的情况。电池满电的状态就是电池反应式右边的状态,正极是脱锂态的钴酸锂Li0.5CoO2(在LixCoO2中,能够可逆嵌入/脱嵌的锂是0.5左右),负极是嵌锂碳LiC6。

钴酸锂脱锂后,材料结构发生了变化,由稳定态转向为亚稳定状态:

LiCoO2 →Li0.5CoO2+0.5Li++0.5e-

Li0.5CoO2在高温下会发生分解反应释放氧气:

Li0.5CoO2 →0.5LiCoO2+1/6 Co3O4+1/6O2

Co3O4→3CoO+1/2 O2

嵌锂碳LiC6的反应活性与金属锂相当(实际上LiC6要稳定些)。所以,满电的电池起火的时候,正负极都是参与反应的,其反应的情况可以类比于金属锂在富氧环境在燃烧,其反应极其剧烈。”

聚合物锂离子电池不会爆炸?

聚合物锂离子电池只会膨胀,不像普通锂离子电池一像会漏液、起火,甚至爆炸,对吗?

不炸派:

知乎网友GramCheng :锂聚合物电池采用聚合物材料代替了传统锂离子电池的电解液,其聚合物兼具有传输锂离子和隔绝正负极的作用,由于不需另外注入电解液或只需注入少量电解液,所以在出现事故时不会出现漏液的现象。另外聚合物具有阻燃的效果,可以降低起火概率,提高了电池的安全性。

但是既然是锂电池,锂电池过充等安全隐患也是存在的。

知乎网友浩子先生 :漏液、爆炸是不会的。但是起火是会的。我无聊时试过,把锂聚合物电池积压,还是会起火的,只是没那么易燃罢了。

会炸派:

知乎网友闵幸福 :聚合物锂电池一样会漏液,起火,爆炸!因为它采用铝塑复合膜为外壳。在外力作用下,壳体很容易破裂!而电芯采用正极包裹负极,或者负极包裹正极。视工艺而定!两极片中间采用隔膜隔开,如果正极碰到负极,隔膜破损,正负极耳碰撞都会形成短路,从而起火猛烈燃烧!极少数情况会爆炸!大多数情况下,电池会先鼓气,然后起火!

知乎网友张晓:如果问题中的聚合物锂离子电池是指软包电池(即外包装是聚合物) 一样会漏液、起火,甚至爆炸,如果聚合物锂离子电池是指凝胶电解质电池,凝胶的是会起火的,但由于电解质是凝胶态几乎没有液体所以漏液好像不明显,爆炸也还没见过,不过三星不是出过电池爆炸吗。

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