鋰電池火災爆炸原因分析與控制措施解析

周夷

摘要：鋰電池是當前應用非常廣泛的一種電池形式，其在各類易于攜帶的電子設備中廣泛應用，同時在現代汽車創新研發以及航空事業當中也被廣泛應用。鋰電池在人們日常生活中被廣泛推廣與應用的同時，各類安全事故也頻繁發生，其中火災爆炸事故的頻繁出現更是備受人們的關注與重視[1]。鋰電池不光在實際應用過程當中存在安全隱患問題，其在生產、運輸以及存儲工作當中也存在諸多安全問題，而目前國內在這個行業安全相關事故的防御管控能力還較低，安全管理的意識還并不強，對應的法律、標準以及監管工作還不夠完善。

關鍵詞：鋰電池;火災爆炸;原因分析;控制措施

文中探析鋰電池出現火災爆炸事故的原因，并且提出對應有效的管控措施，希望能夠為鋰電池在現代電子設備中的安全應用提供一些幫助。

1 探析鋰電池出現火災爆炸安全事故的意義

鋰電池是非常關鍵的化學電池，其一般在小型便攜式電器、動力、電力領域當中被廣泛應用。因為鋰電池較其他充電電池的能量更為良好，其充、放電次數以及使用壽命等也隨之被延長，不僅能夠讓充電速度更為簡便、快捷，同時也降低了自主放電的成效，對自然生態環境產生的不良影響隨之減少，能夠在更多行業領域當中被廣泛應用。鋰電池在現代智能手機生產中被廣泛應用，但是使用者廣泛提出電池續航能力以及安全方面存在問題，要求強化提升其續航能力、安全性與穩定性，并且基于鋰電池組成的各類電子設備，在人們現實生活與工作當中的普及，也讓其成為鋰電池銷售市場當中極為重要的一部分。

最近幾年，鋰電池發展正處在全新時期，鋰電池制造生產企業的數量也在持續增加，實際生產中倘若爆發火災、爆炸等安全事故，會導致企業、社會等出現嚴重經濟損失。最近幾年，鋰電池應用領域在有效拓展，很多產業要求鋰電池能量、功率密度進一步升級。科技的創新發展中，更多高科技材料被應用在鋰電池當中，其實際生產、倉儲、應用端等的安全監管工作極為關鍵，要求鋰電池生產企業提升自身安全管理工作的水平。鋰電池生產、運輸、存儲中有很多隱患問題存在，會導致產生多種安全事故，其中最受社會關注的就是火災、爆炸事故，這種安全事故的爆發表明其在制作生產、貨運運輸以及存儲的時候會存在很多危險因素，也表明其相關工作中存在安全監管落實不到位的問題。當前在鋰電池安全防護管控工作存在能力不足的情況，開展相應管理工作的意識并不強，同時相關法律、法規、監管制度方面還存在很多不足，對其出現火災爆炸安全事故的原因進行探析，并且在此基礎上提出對應有效的防范措施，這對于鋰電池生產企業的監管而言非常關鍵。

2 鋰電池出現火災爆炸事故的影響因素

鋰電池當中也分為正負極，并且正負極所含有的物質是不同的，其中鋰化合物處在正極位置，是以鋰離子的形態而存在的。基于電解液能夠嵌入炭層，在炭層中有很多微孔，在炭層中嵌入更多鋰離子，電池充電量也就越高。在電池放電過程中，潛在炭層當中的鋰離子會透出，會變成電解液，而其又會重新回到正極位置[2]。當這個位置中的鋰離子數量增加，那么其放電容量也就會升高，繼而會對鋰電池內外部安全產生不良影響，這里所講的內部因素就是生產制作鋰電池的材料、技術，還有鋰電池本身的構造。材料特性會影響電池過程以及人穩定性，制作工藝會出現微短路、電芯內短路以及技粉單來。而外部因素包含充電、過溫、外短路等在外界因素當中，溫度會對鋰電池的充電、放電性能產生影響，也就是電化學產生反應。在溫度逐漸降低的時候，反應情況也會不斷降低，在電池電壓保持不變的時候，放電隨之降低，其功率也就會逐漸降低。倘若鋰電池的溫度呈現上升狀態，其功率也就會呈現上升態勢。溫度會對電解液傳送速度產生影響，溫度的上升速度過快的話就會對其充電、放電性能產生不良影響。在溫度超高的時候，會對電池的化學平衡產生不良影響。

鋰電池發生火災爆炸事故的原因有很多，可是最為關鍵的原因就是電池出現高溫與高壓，與其會產熱息息相關。電池當中的產熱因素非常多，其中鋰電池熱散失過速的話，反應速度也會隨之增漲。這時會導致兩種情況產生，其一就是反應達到燃點溫度爆發火災，鋰電池通常都被制作成封閉狀態，如果封閉體系當中的溫度過高，反應速度也會加快，反應物的氣壓快速上升，活性物分解，同電解液反應生成氣體，如果再失去安全閥的保護，還會導致爆炸事故，會對使用者產生嚴重威脅。

3 鋰電池過沖火災爆炸出現的原因以及管控措施

3.1過充

3.1.1原因

如果使用的充電器并不是原裝的，充電器運行失常等狀況，電池溫度的不斷上升其電解液產生汽化致使內壓上升，通常來講要及時終止充電狀態。

充電初期，因為電池有電阻，電流經過電阻的時候會存在一定程度的熱量，其表面溫度也會上升，電池充滿以后負極已經不能夠繼續填入了。可是因為這個時候負極有很好的嵌鋰能力，鋰離子會在正極析出沉積在負極表面，因為反應中形成大量的熱量，就會致使熱失控的狀況，隨之出現一系列的連鎖放熱反應，電壓與溫度都會快速上升，這讓鋰電池存在著火與爆炸的可能。

倘若鋰電池存在過充情況，電池中的保護裝置就會起到有效保護的作用，其原理就是在電池當中安置電壓檢測裝置，這樣做能夠對電路進行有效保護，當其檢測到電池當中的電化異常的時候，保護裝置就會停止對電池進行充電。事實上，因為技術、設計等諸多原因會影響這個保護裝置，所以其還是會持續充電，當高于額定電壓的時候，鋰離子會沉積于表面并且形成枝晶，導致出現枝晶短路[3]。這個時候電芯會出現急劇放電，致使熱量流失，電解液高溫狀態下出現放熱反應，其會致使鋰電池溫度、壓力的上升，產生火災、爆炸事故。

3.1.2管控措施

為了能夠對過充引起的火災爆炸事故進行有效解決，可使用這樣的技術措施。

保證保護裝置的質量，就能夠降低相關問題產生的概率。電解質與穩定助劑的有機融合高溫中不易產生氧氣，對電解液在高溫狀態下的分解反應進行移植。強化提升溫感電機的作用，在電池內溫突然升高的時候，內阻也會迅速上升，會關閉電機反映。設置電壓敏感隔膜，當處在正常充、放電狀態的時候，其中的隔膜是絕緣的，各項功能也是正常的，當存在過充問題的時候，隔膜也會產生變化，對電池反應進行阻斷。在充電電壓處在非正常狀態的時候，聚合物分子會隨之產生氧化反應，阻斷電池的反映，熱失控現象隨之被中止。

3.2短路

3.2.1出現短路問題的原因

在電池出現短路故障的時候會導致電池穩定性備受影響，繼而分解成出氧氣，也會讓電池內的物質與氧氣發生反應，同時釋放出很多氣體。這樣的情況會讓電池出現熱失控，在較短時間集聚很多熱能，致使產生火災爆炸事故。

一般來講，因為電池正處在工作狀態，其溫度就會持續上升，由于其本身具有一定散熱的能力，同時電池當中設置了SEI膜，溫度上升較高的時候，這個SEI膜就會關閉細孔，會中止電化學反應，其溫度也會隨之降低，如果鋰電池被外界因素所影響，會對SEI膜產生嚴重影響，電池短路的狀況就會產生。短路問題的出現，也會致使其他反應狀況的出現，鋰電池溫度持續上升，電解液出現汽化現象，由于失去控制就會產生安全事故。

內部短路一般就是由于鋰離子樹枝狀結晶穿破隔膜產生的，過充是導致短路爆炸的關鍵性因素，用陶瓷胳膊、負極熱阻層等能夠有效規避電池短路問題的產生。

當電池溫度超高的時候，在熱傳遞的作用之下，電解液溫度也會隨之上升，那么SEI膜就會被融化和熔穿，這個時候電池就會出現生疏電池的短路問題，會因為熱反應而出現電池爆炸。

3.2.2管控措施

電池芯包含正負極、隔膜以及電解液等，選擇材質、管控技術以及構造設計等諸多方面都會影響鋰電池實際應用的成效，尤其是充電、放電特性，設計架構、材料技術管控不夠合理，當出現過充的時候，就會產生電解液氣化、電池過熱以及電極短路等問題導致的火災爆炸問題。對此一定要注意，對應的工作場地要使用相應的工作方式，如果企業不具備密閉作業的條件，也需要要對配料進行合理的除塵處理。在開展除塵工作的時候，關聯中央排風的管道，使用現代化的粉塵回收設備、設施等，實現堆積進行二次利用的目標。在連接中央排風管道的時候，一定要注意，整個管道當中一定要涵蓋接地設施，這樣能夠避免粉塵自燃而產生的火災、爆炸等安全事故[4]。如果鋰電池添加物是易燃液體，在實際攪拌操作中禁止應用易于形成火花的工具、設備等，攪拌機也一定要進行靜電接地處理，操作現場做好合理有效的消防處理。鋰電池的整個制作操作流程當中都要安裝除塵裝置，這樣才能夠切實規避揚塵問題。在對鋰電池進行組裝作業的時候，不允許混入金屬異物，這是因為其會穿透鋰電池中的隔膜，會造成短路等諸多問題。同時對于電池老化室一定要進行重點監護，使用現代化技術、材質的防火門，同時要安裝報警器等相關設施。對鋰電池的存儲量進行嚴格管控，要求倉庫溫度不能高出30℃。強化提升在人員方面的管理，注重對職工進行安全防護方面的培訓，普及并提升職工的安全技術、知識等，強化其安全操作的技能，對職工自身以及他人安全、健康等進行有效保護。

4 結語

綜上所述，基于對鋰電池行業出現火災爆炸事故的探析，提出管控鋰電池安全應用的有效措施。鋰電池出現火災爆炸的因素一般主要就是因為溫度過高、短路或者過充，化學反應當中、人員操作以及各種原因導致短路的問題，一定要高度重視。鋰電池電解液具有改善電池性能的作用，強化其有機溶劑的純度，使用對應的容積等都能夠對電解液穩定性進行強化。對關鍵工序進行有效監管，強化在鋰電池存儲工作中的安全管理，監護火災事故的多發點，強化對人員的培訓工作，實現防范鋰電池火災爆炸安全事故的目標。

參考文獻：

[1] 韓旭.受限空間鋰離子電池燃爆特性研究[D].廣漢：中國民用航空飛行學院，2019.

[2] 劉琦，張嘎，吳楠.一種防爆鋰離子動力蓄電池電源裝置[J].電氣防爆，2019， （01）：27-28.

[3] 黃沛豐.鋰離子電池火災危險性及熱失控臨界條件研究[D].合肥：中國科學技術大學，2018.

[4] 馬瑛.手機鋰電池防火技術探究[J].武警學院學報，2018，（02）：58-62.