锂电瓶的核心装置就是通常所说的锂离子电池。电瓶车失火事件,绝大多数都是因为锂离子电池失火所致。
锂离子电池通过化学反应储存能量,通常由阴极、阳极、隔膜和电解质组成。充电时,锂离子从阴极材料晶格中流出,穿过电解质和隔膜,嵌入阳极材料晶格中。当电池放电时,锂离子从阳极材料中流出并嵌入到阴极材料中,阴极、阳极中锂离子的数量影响着电池的容量。不同化学材料的组合使得电池具有不同的性能。
导致锂离子电池热失控发生火灾的因素,主要包括电池老化、电池滥用、热平衡失控、电池模块内部固有缺陷、外界环境等几种情况。
锂离子电池老化有多种原因,其中,快速充电、低温充电是主要原因。这些情况长期发生容易造成电池锂枝晶。锂枝晶是一种锂离子不能插入阳极层状结构而沉积在阳极表面的现象。随着锂枝晶的生长,电池组块间的隔离器可能被击穿,从而导致内部短路,引发火灾。
在充满电后,锂离子电池继续充电会导致阴极流出的锂沉积在阳极表面,与电解质发生反应,释放出大量的热量和气体。同时,持续过度充电会导致阴极氧化,并进一步与电解液发生反应。在这个过程中释放出大量热量,并引发阳极和电解液之间反应,导致热失控。
锂离子电池在充放电过程中会伴随电热以及反应热,这些内部热量在正常情况下会缓慢释放出去,但若遇到外界环境高温充电以及突发剧烈碰撞时,外界热量短时间内大于内部散热量,破坏热平衡,可能引发火灾。
单个电池组件的性能有生产差异,也可能导致热失控,通常体现在组件的电池内阻有区别,从而导致单个组块中的电流量不同,引起不同模块间温度的变化。
此外,在实际使用环境中,锂离子电池还可能面临高低温运行、雨水冲刷等场景,如果电池黏接处发生开裂,极易引发火灾。
(《科普时报》9.1 莫尊理 吕文博)