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锂电池的“火”你懂吗

发布时间: 2020-04-20 09:03:16     来源:中国科学报


51日,《北京市物业管理条例》将正式实施。该条例规定:业主、物业使用人、物业服务人等不得违规私拉电线、电缆为电动汽车、电动自行车、电动摩托车和电动三轮车等充电。

今天,充电电池已成为我们生活的一部分,使用充电电池风险多大?如何正确使用、科学处置充电电池相关问题?为此,本报采访了亚澳火灾科学技术学会副主席、中国科学技术大学教授孙金华。

《中国科学报》:我们不时看到电动自行车或手机电池爆炸起火的报道,从你的研究和了解看,使用充电电池是否存在危险?

孙金华:充电电池中用得较多的锂电池是从上世纪90年代才开始进入产业化应用,现在使用范围越来越广,从相机、手机、笔记本电脑,到电动自行车、电动汽车,甚至电动船、电动机车、电化学储能电站等。可以说,我们的生活已经离不开锂电池了。

今天我们之所以看到锂电池起火的报道越来越多,其中有三个方面的原因。一是由于锂电池的使用领域不断扩展,使用量显著增大,即便是锂电池火灾发生概率没有增加,数量也会明显增加;同时,电池容量越来越大,其应用场景也从原来的单体电池发展到现在的电池模组,乃至多个模组的组合。电池容量越来越大,发生事故的后果也越来越严重。二是锂电池作为动力源装载在电动摩托、电动自行车、电动汽车上还是新生事物,受到的关注度比较高,一旦发生事故更容易被注意到。以新能源汽车为例,从万辆汽车着火事故的统计概率来说,其概率比燃油汽车更低,但人们的感觉反而是新能源汽车更易发生着火事故;三是网络时代信息传播速度非常快,尤其是灾难事故类的新闻传播得更快。所以我们会感觉锂电池事故很多,但这并不代表锂电池更危险,从技术上来说,只要是正规厂商的合格产品,锂电池的安全性是可控的,风险也在可接受范围之内。

这并不是说锂电池在安全性上就没有提升空间了,人们还在努力,从电池的安全设计、电极材料、电池的装配工艺等方面,可以进一步提高其安全性。同时,产品在消费者手中,通过规范使用也可以降低事故发生概率。

《中国科学报》:前段时间,网络上有空姐用矿泉水和咖啡浇灭自燃充电宝的视频,对其灭火方式也有些争议。从锂电池的结构原理看,这一灭火方式是否科学。一旦出现这类事故,我们应如何科学处置?

孙金华:处置锂电池着火,要从具体的场所、场景和起火对象来决定用什么扑救方法。从锂电池的结构特性来说,电池充放电会发生锂离子的迁移、脱嵌等物理化学过程,即便是正常的使用过程也会产生热量,在一些非正常使用情况下(过充过放)产生的热量会很大,如果这些热量不能及时散发出去,就会导致电池温度升高,当升温到一定程度后会破坏电池结构,使其中的隔膜(分离正负极,根据材料不同,耐温在90℃至120℃之间)融化,造成短路,同时产生大量的热。这时电池内部的电解液、溶剂等物质会产生化学反应,产生大量热量和气体,使电池内部温度进一步升高、压力增大。当电池的泄压阀承受不住压力时,就会喷出可燃气体,高温可燃气体与空气中的氧混合,就会起火甚至爆炸。

从灭火过程来说,我们灭的是电池外部气相的明火,但即使扑灭明火,电池内部的化学反应还在进行。如果不能阻止化学反应,电池很快又会复燃,这也是电池起火不好控制的原因。所以,灭火时首先是扑灭外部明火,同时让电池快速冷却。温度降下来,就能减缓反应速度或终止化学反应。

充电宝属于单体电池,自燃时用水浇灭是合理的处置方式。因为水既能把气相的火灭掉,又能给电池降温,让电池内部的化学反应停止。但如果是电动汽车、储能电站这种由大量电池串并连形成的电池模组,其输出电压有几百伏,水浇到上面会造成电池外短路,在电池模组间产生大电流,瞬间产生大量的热,反而可能会引发更大火势。如果大的电池组模起火,最好使用不导电、能迅速灭火又能对电池降温的特殊灭火药剂来灭。

《中国科学报》:我们日常使用充电电池时有哪些事项需要注意?

孙金华:首先,购买电动自行车、电动汽车时要选择正规厂家高质量的产品,正规的电池内部有相应的保护措施。比如现在电动汽车有热管理系统,会把充放电过程产生的热量导走。其次,使用时避免过充过放,包括超长时间充电、大电流、高电压充电等情况发生。也就是说要使用配套的、正规的充电设备,规范的充电设施、充电桩,充满后会自动断电保护,能有效降低事故概率。此外,电动摩托,电动自行车等使用中要尽可能避免碰撞,尤其是注意对电池的保护。挤压、碰撞,或钉子、钢丝等刺入电池,都有可能造成隔膜损坏,发生短路,从而发生火灾事故。

另一方面,过充过放即使没有造成火灾,也会损坏电池,使其容量和寿命迅速衰减。同时,私自拉线容易引发线路起火、漏电等事故。从这个角度说,北京市这个管理规定非常必要。

作者:张双虎 来源:中国科学报



【责任编辑:周伟】

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