高溫環(huán)境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎

來源：存能電氣  日期：2019-05-23 09:13  瀏覽量：次

　　高溫環(huán)境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎？一般而言，軟包聚合物鋰電池爆炸燃燒很少會(huì)因?yàn)橥獠侩娐饭收?，這也就意味著絕大多數(shù)的鋰電池爆炸燃燒事件，均源于電池內(nèi)部的設(shè)計(jì)缺陷。電池行業(yè)對(duì)于鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理仍然研究不夠深入，我們對(duì)于電池設(shè)計(jì)和制造的安全把控還不足。鋰電池安全實(shí)現(xiàn)質(zhì)的提升，最根本還是要依靠材料技術(shù)的進(jìn)步。

　　高溫環(huán)境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎？

　　高溫環(huán)境下聚合物鋰電池不會(huì)爆炸；鋰電池工作溫度－20°C~+50°C。溫度低會(huì)影響鋰電池性能，容量變低和內(nèi)阻變大；溫度正常了，又可以恢復(fù)。軟包聚合物鋰電池具有能量密度高、更小型化、超薄化、輕量化，以及高安全性等多種明顯優(yōu)勢(shì)，是一種新型電池。在形狀上，鋰聚合物電池具有超薄化特征，可以配合各種產(chǎn)品的需要，制作成任何形狀與容量的電池。該類電池可以達(dá)到的最小厚度可達(dá)0.5mm，沒有記憶效應(yīng)。

　　軟包聚合物鋰電池是采用軟性包裝和聚合物電解質(zhì)而制成的一種鋰電池產(chǎn)品，正常情況下的使用、貯存都不會(huì)爆炸，除非人為強(qiáng)力破壞導(dǎo)致其短路。當(dāng)前的聚合物鋰電池多是軟包電池，采用鋁塑膜做外殼，當(dāng)內(nèi)部采用有機(jī)電解質(zhì)時(shí)，即使液體很熱也不爆炸，因?yàn)殇X塑膜聚合物電池采用固態(tài)或膠態(tài)而無漏液，只是自然破裂。

　　但是任何事情都不是絕對(duì)的，如果瞬間電流足夠大，發(fā)生短路，則電池自燃或爆裂并非不可能，手機(jī)和平板電腦安全事故的發(fā)生多由這種情況引起。為了減少爆炸事故的發(fā)生，聚合物鋰電池正在越來越多的場合獲得應(yīng)用，雖然鋰電池替代其他類型電池還在進(jìn)程當(dāng)中，但在鋰電池類型中，聚合物鋰電池已經(jīng)開始在部分領(lǐng)域取代普通鋰電池。

　　研究發(fā)現(xiàn)，鋰電池儲(chǔ)存電能后處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài)，過高的溫度會(huì)導(dǎo)致鋰電池發(fā)生熱失控。鋰電池在充放電時(shí)，特別是充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。如果熱量沒有及時(shí)排放出去而在電池內(nèi)部積累，會(huì)使溫度不斷升高。當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界點(diǎn)時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)的電池正負(fù)極材料會(huì)與電解液發(fā)生劇烈的反應(yīng)，迅速產(chǎn)生大量熱能，發(fā)生熱失控。大量的電解液在高溫作用下會(huì)汽化并破壞電池殼體，在與空氣接觸后，發(fā)生燃燒甚至爆炸。

　　聚合物鋰電池在什么情況下會(huì)發(fā)生燃燒或者爆炸呢？

　?、碑?dāng)聚合物鋰電池發(fā)生短路時(shí)，電池內(nèi)部形成超高的短路電流，瞬間產(chǎn)生大量的熱，很可能直接發(fā)生熱失控導(dǎo)致燃燒爆炸。

　?、残履茉窜嚱煌ㄊ鹿室鸬碾姵嘏鲎矓D壓和破損，造成鋰電池短路從而引起燃燒。統(tǒng)計(jì)表明，電池充電、短路和碰撞，是新能源汽車發(fā)生自燃的幾種最主要的場景。

　　⒊在聚合物鋰電池組中，即使單只電池出現(xiàn)熱失控，小容量電池釋放出的能量也不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電池組燃燒爆炸。然而小容量電池組成的電池組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)集成效率低，小容量電池必須使用能量密度更高的正負(fù)極材料。

　?、窜洶囯姵乇粐?yán)重過充，鋰離子電芯的化學(xué)系統(tǒng)決定了當(dāng)電芯被過充電后，電芯內(nèi)部的LiCoO2變成Co3O4,Co3O4是很強(qiáng)的氧化劑，可與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生氣體（O2）。電芯電壓達(dá)到接近5V時(shí)，隨著電芯內(nèi)部溫度的升高及氣體壓力作用，大部分電芯會(huì)由于內(nèi)部短路等原因發(fā)生燃燒或爆炸。

　?、稻酆衔镤囯娦颈桓邷丶訜?，當(dāng)電芯被高溫加熱時(shí)，電解液會(huì)汽化同時(shí)還會(huì)分解，電芯內(nèi)部壓力增大，電芯內(nèi)部的隔離膜可能熔解導(dǎo)致電芯內(nèi)部短路引起燃燒，同時(shí)陰極材料在充滿電時(shí)，在一定溫度下，會(huì)發(fā)生自催化反應(yīng)，出現(xiàn)燃燒。

　　解決措施：目前主要采取聚合物鋰電池保護(hù)板、PTC、專用充電器及保險(xiǎn)絲等方法對(duì)電芯進(jìn)行保護(hù)。其中保護(hù)板是對(duì)電芯的過充、過放及過流進(jìn)行一級(jí)保護(hù)，PTC則是在電芯過熱時(shí)短路大電流情況下截止電流對(duì)電芯進(jìn)行二級(jí)保護(hù)，專用充電器則是對(duì)電芯的充電電流及電壓進(jìn)行限制，而保險(xiǎn)絲目前使用較少，其主要作用是在電芯電壓或電流出現(xiàn)異常時(shí)徹底截?cái)嚯娦九c外電路的連接，從而確保電芯不會(huì)被再次使用，以保證電芯不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。

　　最好的辦法當(dāng)然是要有鋰電池保護(hù)線路板的設(shè)計(jì)。這雖然會(huì)增加鋰電池的制造成本，但對(duì)于鋰電池的安全使用是必要的，一切正規(guī)的鋰電池生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品都免不了這一設(shè)計(jì)。

　　總之：提高聚合物鋰電池安全性，最主要的辦法是從改善電池設(shè)計(jì)和提高制造工藝入手。隨著新能源汽車補(bǔ)貼退坡，車廠不再一味追求續(xù)航里程和電池能量密度，轉(zhuǎn)而更加看重安全性和性價(jià)比，更多的鋰電池生產(chǎn)廠家，也不再追求極限的電池設(shè)計(jì)和工藝過程，這樣是有助于提高聚合物鋰電池安全性的。