文章轉載自公眾號“鋰電標準化”(工信部鋰離子電池及類似產品標準工作組)

前言

日常生活中,鋰電池早已滲透到我們的方方面面——手機、筆記本電腦、電動車、充電寶、玩具車、家庭掃地機器人,都離不開它的“動力支持”。我們習慣了用鋰電池供電,卻很少有人想過一個問題:平時給手機充電、供設備運行的“電能”,和鋰電池起火爆炸時那股毀滅性的能量,到底是不是一回事?

很多人看到鋰電池起火,第一反應是覺得所有危險都來自于鋰電池的“電”。其實這種想法,只說對了一小半。今天我們就給大家科普一下:鋰電池起火爆炸到底藏著哪些不為人知的秘密?

我們平時說的“電池電能”,到底是什么?

我們平時所說的“鋰電池電能”,其實是電池在正常工作狀態下,能夠平穩釋放出來的能量——比如給手機供電、讓電動車行駛,這部分能量的釋放,在正常使用時是可控的、溫和的。這部分電能釋放的本質,咱們可以做個簡單類比:就像山頂的石頭和山腳下的石頭,兩者之間有高度差,石頭從山頂滾到山腳會釋放出動能;鋰電池的正負極材料,就相當于山頂和山腳的石頭,它們之間的“能量差”,就是我們能用到的“電能”。

這部分電能只要電池正常工作,它就會平穩釋放,不會突然“爆發”。比如我們手機充電時,電池慢慢儲存電能,手機使用時電能再慢慢釋放,這就是鋰電池正常的能量循環。

電池起火時,能量只來自“電能”嗎?

答案非常明確:不是!鋰電池起火爆炸時,釋放的能量遠遠不止我們平時用到的那部分“電能”,它的“破壞力”,主要來自于電池內部所有材料的“總化學能”——這部分能量,平時一直被“封印”在電池里,只有當電池發生“熱失控”時,才會被徹底釋放出來,形成毀滅性的威力。

先解釋一個通俗的概念:什么是“熱失控”?簡單來說,就是鋰電池因為各種原因(比如短路、高溫、撞擊、穿刺),內部溫度急劇升高,超過了自身能承受的極限,導致電池內部發生不可逆的分解、燃燒,引發連鎖反應,溫度越來越高,最終導致起火、爆炸等情況。這個過程,就像點燃一個的“燃料包”,“燃料包”里的“燃料”,遠比我們想象的多——鋰電池的正極材料、負極材料、電解液,都可以釋放巨大能量:

正極材料蘊含能量:鋰電池的正極材料(比如三元材料、磷酸鐵鋰材料),在高溫下會發生不可逆的分解,分解會釋放出大量的熱量和氧氣——氧氣會進一步助燃,讓燃燒變得更劇烈,熱量越來越高。

負極材料蘊含能量:負極材料(比如石墨)在高溫下也會發生分解、氧化,同樣會釋放出熱量,同時產生易燃易爆的氣體,如CO等,從而加劇火勢和爆炸風險。

電解液蘊含能量:電解液目前以有機液體為主,是鋰電池內部的“能量傳遞介質”,多屬于易燃物質,在高溫下也容易分解,產生大量的易燃易爆氣體(比如一氧化碳、甲烷、氫氣等),這些氣體一旦遇到明火,就會劇烈燃燒,釋放出巨額熱量——這也是鋰電池起火時,火勢蔓延快、溫度高的核心原因之一。

除此之外,電池內部的隔膜(防止正負極短路的部件),在高溫下會收縮、融化、破損,導致正負極直接接觸,引發短路,進一步加劇熱失控,釋放更多能量。這些所有能量加起來,才是鋰電池起火爆炸時,真正的“能量來源”——而我們平時用到的“電能”,僅僅可能只是點燃這個“燃料包”的“導火索”而已。事實上,即使沒有“電”的作用,如高溫或低氣壓也可能會引起體系的燃燒甚至爆炸。

類比“燃料包”,教你更易看懂能量來源

為了幫助大家更直觀地理解,可以把整個鋰電池比作一個“特制燃料包”,那么:

燃料包里面的“燃料”:包括正極材料、負極材料、電解液——這三種材料,都可以被燃燒分解,能釋放大量能量的物質;

我們平時用到的“電”:就相當于點燃這個燃料包的“火柴”——火柴本身的能量不大,但它能引燃燃料包,讓里面的所有燃料都開始燃燒、釋放能量;

熱失控時的能量:就相當于燃料包被點燃后,里面所有燃料一起燃燒、爆炸釋放的總能量——這股能量,遠比火柴本身的能量大得多,也是造成破壞的主要原因。

電壓為什么會影響電池安全?

很多人會問:既然電只是導火索,那為什么還要控制鋰電池的電壓?其實電壓的作用,就相當于“燃料包的易燃等級”——電壓越大,這個“燃料包”就越容易被點燃,熱失控的風險也就越高。

舉個例子:同樣是一個“燃料包”,用一根微弱的火柴(低電壓),可能無法點燃,但用一根火焰很旺的火柴(高電壓),就能瞬間點燃。鋰電池的電壓也是一樣,電壓越高,正負極之間的“能量差”也越大,更容易讓一些物質分解,一旦發生短路、破損,也越容易引發電弧、產生高溫,進而點燃內部材料,觸發熱失控。

這也是為什么,鋰電池時使用都會嚴格控制電壓范圍,就是為了降低“點火”的難度,減少熱失控的風險。

重要提醒:對于我們普通消費者來說,不要隨意改裝鋰電池、不要使用非原裝充電器(非原裝充電器可能導致電壓不穩定)、不要讓鋰電池長期處于高溫環境(比如夏天放在車里暴曬),這些行為都會增加電壓異常、觸發熱失控的風險!

記住3點,讀懂鋰電池安全核心

最后咱們用3句通俗的話總結,方便大家記住:

平時用的“電能”,只是鋰電池的“一小部分能量”,是可控、溫和的,用來供設備運行;

起火爆炸的“大能量”,來自鋰電池內部所有材料的總化學能,是熱失控時釋放的“破壞力核心”;

電壓是“點火開關”,決定了鋰電池熱失控的難易程度,控制電壓就是控制點火風險。

鋰電池本身并不可怕,只要我們了解它的“能量秘密”,選擇正規產品、正確使用、妥善保管,就能有效規避熱失控風險,讓鋰電池安全地為我們服務。

最后,轉發這篇科普給身邊的家人朋友,讓更多人讀懂鋰電池安全,遠離火災隱患~

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