聚合物鋰電池在高溫環(huán)境下容易燃燒或爆炸嗎?
就在上個周末(7月21日),一股高溫熱浪席卷了北京,當?shù)刈罡邭鉁亟咏?0℃,一度和素來以酷熱著稱的吐魯番溫度不相上下。其實,這并不是偶然事件,根據(jù)美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)數(shù)據(jù),上個月是過去140年中地球最熱的6月份,氣溫上升已然成為新的常態(tài)。今年6月,全球平均氣溫比20世紀的15.5℃多了0.95℃,1月至6月全球平均氣溫也比20世紀(13.5℃)高出0.95℃。
那么在如此高溫環(huán)境下,聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎?聚合物鋰電池爆炸燃燒很少會因為外部電路故障,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)計缺陷。電池行業(yè)對于鋰電池熱失控機理仍然研究不夠深入,鋰電池安全實現(xiàn)質(zhì)的提升,最根本還是要依靠材料技術(shù)的進步。
高溫環(huán)境下聚合物鋰電池容易燃燒或爆炸嗎?
在高溫環(huán)境下聚合物鋰電池不會爆炸,鋰電池工作溫度-20℃~50℃。溫度低會影響聚合物鋰電池性能,容量變低以及內(nèi)阻變大;溫度正常則又可以恢復(fù)。聚合物鋰電池具有能量密度高、小型化、超薄化、輕量化,以及高安全性等多種明顯優(yōu)勢,是一種新型電池。在形狀上,聚合物鋰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。
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、貯存都不會爆炸,除非人為強力破壞導(dǎo)致其短路。當前的聚合物鋰電池多是軟包電池,采用鋁塑膜做外殼,當內(nèi)部采用有機電解質(zhì)時,即使液體很熱也不會爆炸,因為鋁塑膜聚合物鋰電池采用固態(tài)或膠態(tài)而無漏液,只是自然破裂。
不過任何事情都不是絕對的,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。為了減少這類事故的發(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程當中,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。
聚合物鋰電池在儲存電能后處于一種亞穩(wěn)定狀態(tài),過高的溫度會導(dǎo)致鋰電池發(fā)生熱失控。鋰電池在充放電時,特別是充電時,會產(chǎn)生大量的熱能。如果熱量沒有及時排放出去而在電池內(nèi)部積累,會使溫度不斷升高,當?shù)竭_臨界點時,亞穩(wěn)定狀態(tài)的電池正負極材料會與電解液發(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)生燃燒甚至爆炸等事故。
聚合物鋰電池在什么情況下會發(fā)生燃燒或者爆炸呢?
當聚合物鋰電池發(fā)生短路時,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。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導(dǎo)致整個電池組燃燒爆炸。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極材料。
聚合物鋰電池被嚴重過充,鋰離子電芯的化學系統(tǒng)決定了當電芯被過充電后,電芯內(nèi)部的LiCoO2變成Co3O4,Co3O4是很強的氧化劑,可與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生氣體(O2)。電芯電壓達到接近5V時,隨著電芯內(nèi)部溫度的升高及氣體壓力作用,大部分電芯會由于內(nèi)部短路等原因發(fā)生燃燒或爆炸。
聚合物鋰電芯被高溫加熱,當電芯被高溫加熱時,電解液會汽化同時還會分解,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,同時陰極材料在充滿電時,在一定溫度下,會發(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板、PTC、專用充電器及保險絲等方法對電芯進行保護。其中保護板是對電芯的過充、過放及過流進行一級保護,PTC則是在電芯過熱時短路大電流情況下截止電流對電芯進行二級保護,專用充電器則是對電芯的充電電流及電壓進行限制,而保險絲目前使用較少,其主要作用是在電芯電壓或電流出現(xiàn)異常時徹底截斷電芯與外電路的連接,從而確保電芯不會被再次使用,以保證電芯不會出現(xiàn)嚴重的安全事故。
最好的辦法當然是要有聚合物鋰電池保護線路板的設(shè)計。這雖然會增加鋰電池的制造成本,但對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。為了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)計和提高制造工藝入手。更多的鋰電池生產(chǎn)廠家開始看重安全性和性價比,不再追求極限的電池設(shè)計和工藝過程,這樣有助于提高聚合物鋰電池安全性。
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