當然,即使制造完成時不存在內部短路,在使用過程中,電池也完全有可能發生內部短路。假設在充電時,電極內生成枝晶狀金屬,引發了內部短路。造成這種故障的原因主要有兩個。一個是充放電時,電極中摻雜的金屬片溶出到電解液中,在對極析出。

鋰電池(LIB)因自身缺陷發生事故的概率極低。在2009年3月于美國佛羅里達州舉辦的電池國際學會“26th International Battery Seminar & Exhibit”上,美國桑迪亞國家實驗室(Sandia National Laboratory,SNL)宣布電池自身引發事故的概率在1ppm以下。而從事電池安全對策的美國TIAX LLC則表示事故概率在0.2~0.5ppm之間,超過了品質管理方法“六西格瑪(6σ)”的管理極限。

1ppm的概率極低,可以稱之為稀有現象。在美國1年內死于雷擊的概率約為1ppm。在日本買彩票中頭獎的概率為0.1ppm。也就是說,LIB因自身缺陷發生事故的概率略高于中頭獎,與雷擊死亡基本相同。這是因為LIB采取了多重的安全對策。

然而,LIB實際發生事故的概率卻遠遠高于ppm的數量級。這是因為大多數事故并不是電池自身缺陷引起的,而是外在因素導致。在前面提到的學會上,SNL表示絕大多數的事故原因都是擠壓、加熱、過充電等外在因素。

這些情況其實很少有人知曉。直到現在,不少觀點還把事故的主要原因認為是電池自身存在缺陷。日本電池工業會最近提出了測試金屬片進入電池是否會威脅安全性的測試方法。具體方法是在卷繞后的電池元件中插入金屬片,通過加載壓力,強制使金屬片引發內部短路。調查在這一過程中,電池是否出現發熱、冒煙、起火等現象。這是因為有指責認為“制造工序中混入LIB的金屬片會成為內部短路的導火索,最終引發事故”。

電池事故多數源于使用不當

大多數制造商已經實施了基本相同的測試。其代表是在充電后,用釘子穿透電池的“穿釘測試”。在此基礎上,如果電池中混入金屬片等雜質,引發了微弱的內部短路,通過老化測試應該可以予以篩除。這意味著存在缺陷的電池作為商品流入市場的可能性極低。電池工業會提出的測試實際上是在重復實施相同的測試,其必要性令人生疑。

當然,即使制造完成時不存在內部短路,在使用過程中,電池也完全有可能發生內部短路。假設在充電時,電極內生成枝晶狀金屬,引發了內部短路。造成這種故障的原因主要有兩個。一個是充放電時,電極中摻雜的金屬片溶出到電解液中,在對極析出。

另一個是電池內部含有數百ppm等級(相對于電解液總量的比例)的大量水分。水分進入電池后,會與支持電解質LiPF6發生反應,生成氫氟酸(HF)。HF為強酸,會溶解正極活性物質和集電體,在充放電時,使這些物質在對極以金屬枝晶的形態析出。LIB剛剛出現的時候,同樣在干燥室中制造,干燥的冬季與高濕的夏季的產品相比,冬季的產品在各方面的性能更好,由此可見,LIB對于生產環境的濕度非常敏感。

現在,電池的制造工序采取了徹底去除水分的對策。比方說對各種材料進行干燥。最重要的步驟,是對容易吸附水分的負極使用的碳進行干燥,使電解液經過脫水塔,去除微量水分。而且制造要在露點設定于-60~-40℃之間的干燥室中進行。為保險起見,卷繞電池元件后,還要使用真空干燥機再次對元件進行干燥。

采取周全對策意味著在制造工序之中,哪怕是一丁點的差錯,都可能導致電池出現以自身為原因的重大事故。因此,LIB制造商必須銘記,在電池的制造工序中容不得一絲懈怠。

但是,無論電池制造商怎樣在制造工序中百般小心,提高安全性,用戶不正確使用的話,也無法杜絕事故的發生。就像SNL和TIAX指出的那樣,與電池自身缺陷相比,外在因素引發事故的可能性要大得多。

過充電是二次電池的大敵

什么才叫正確使用電池?最重要的是避免過充電。微量的過充電也有可能導致冒煙和著火等事故。比如說,FUJITSU TECHNO RESEARCH曾對4.25V和4.30V電壓下充電的LIB分別進行了“擠壓測試”和“穿釘測試”(圖1)。結果,4.25V充電的LIB沒有出現問題,而4.30V充電的LIB出現了冒煙和著火。區區50mV的差別,就有可能釀成重大事故。

鋰電池開發史(5):鋰電池事故原因大多為過充電

圖1:電池燃燒的一大原因在于過充電

充電電壓僅相差50mV左右,電池就會發生燃燒(a,b)。

[責任編輯:梁小婧]

免責聲明:本文僅代表作者個人觀點,與電池網無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本網證實,對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性,本站不作任何保證或承諾,請讀者僅作參考,并請自行核實相關內容。涉及資本市場或上市公司內容也不構成任何投資建議,投資者據此操作,風險自擔!

凡本網注明?“來源:XXX(非電池網)”的作品,凡屬媒體采訪本網或本網協調的專家、企業家等資源的稿件,轉載目的在于傳遞行業更多的信息或觀點,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。

如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理、刪除。電話:400-6197-660-2?郵箱:[email protected]

電池網微信
新能源汽車
鋰電池
中國電池網