三元鋰電池燃燒爆炸的原因分析
隨著(zhù)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,但是其熱穩定性的安全性能就變成了更大的挑戰,主要是高鎳材料在200℃度左右就開(kāi)始發(fā)生分解釋放O2,這也導致了鋰電池鼓包,嚴重的甚至會(huì )熱失控發(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,再加上負極與電解液反應產(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備對電池進(jìn)行持續充電,通過(guò)過(guò)充的方式觸發(fā)電池熱失控??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. 結束。通過(guò)測試數據發(fā)現,當電池被加熱到215.7 ℃時(shí),電池開(kāi)始出現明顯的鼓脹和電解液爆噴現象,電池的一端出現噴火。大約7s后電池的另一端也開(kāi)始出現噴火,同時(shí)電池四周也開(kāi)始破裂,出現噴火,這一過(guò)程持續了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,直到電池出現爆噴后,電池電壓突然下降為0V,這表明無(wú)法通過(guò)檢測電壓異常的方式預警電池熱失控而發(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措施,但是還是規避不了會(huì )有偶然性發(fā)生手機自燃爆炸的原因。