10 月 22 日,四川省住建廳在新修訂的《四川省物業(yè)管理條例》中,將“電動車禁入電梯”寫進四川地方立法,違者處 500 元以下罰款,《條例》將于 2022 年 5 月 1 日起施行。
11 月 1 日起,《南京市電梯安全條例》正式實施。南京禁止電動車進入乘客電梯,進入者可罰款,高至 1000 元。
從安全事故發(fā)生到地方政府立法禁止,僅過去數(shù)月。如此快速的舉措,反映出整個社會對鋰電池安全的擔憂。
影響鋰電池安全的因素
清華大學-核能與新能源技術(shù)研究院的研究人員將鋰電池安全性失效的原因歸納為如下 6 類:
鋰離子電池發(fā)生安全性事故的主要原因
1. 熱穩(wěn)定性
鋰離子電池安全事故大多以熱失控方式發(fā)生,其基本特征是:大多由最初的內(nèi)短路產(chǎn)生熱量,由于電池的導熱性較差,熱量積累推高電池的溫度,當溫度升高至引發(fā)電池內(nèi)部的鏈式化學反應時,電池溫升將逐漸加速,直至電池內(nèi)化學反應放熱量極大,任何散熱手段都無法阻止電池溫升,即電池發(fā)生熱失控。
2. 金屬異物
在《鋰離子電池正極材料的質(zhì)量管理》中指出,鋰離子電池的性能與正極材料的質(zhì)量息息相關(guān),當正極材料中存在鐵(Fe)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鋅(Zn)、銀(Ag)等金屬雜質(zhì)時,這些金屬會先在正極氧化再到負極還原,當負極處的金屬單質(zhì)累積到一定程度,其沉積金屬堅硬的棱角就會刺穿隔膜,造成電池自放電。
金屬異物刺穿隔膜示意圖
掃描電鏡下的各類金屬異物
3. 負極析鋰
負極析鋰也被認為是引發(fā)鋰離子電池安全性的可能原因。在大倍率充電、低溫充電,或者是電池制造中的涂布偏差等均可能導致負極中析出金屬鋰,由于金屬鋰反應活性強、容易反應產(chǎn)熱,使得電池內(nèi)化學反應發(fā)生的條件閾值降低,即電池安全性降低。
析鋰導致電池短路的示意圖
掃描電鏡下觀察到的鋰枝晶
4. 隔膜瑕疵
隔膜瑕疵是過去被常常忽略的問題。隔膜微孔的均勻性是很難通過產(chǎn)品質(zhì)量確認的,大部分均通過電池企業(yè)的電池成品率來確認。例如:一個微孔被堵是很難被檢測出來的,但是局部隔膜孔被“堵”(也可以是局部阻抗增大)可能導致局部鋰金屬析出,引發(fā)安全事故。
掃描電鏡下的隔膜(左:納米微孔特征;右:宏觀空洞缺陷及異物)
5. 極片變形/微短路
電池受到外界劇烈撞擊,或者正負極片放置不當造成極片接觸短路,或正極片接觸等。
掃描電鏡下的極片(左:截面;右:表面)
6. 設計/制造缺陷
設計/制造過程中引入的缺陷或瑕疵比較多,例如:切片產(chǎn)生的毛刺可能導致內(nèi)短路,由于涂布誤差導致正負極局部容量配備失衡引起的鋰析出,由于卷繞電芯的掉粉導致的內(nèi)短路,由于制造偏差導致的極片邊緣正負極短路,由于極耳焊接導致隔膜局部收縮引發(fā)內(nèi)短路等,這些問題均可以通過過程檢測在生產(chǎn)制造過程發(fā)現(xiàn),是可以被消除的安全隱患。
預防鋰電池安全事故 - 對鋰電池廠家而言
1. 加強檢測與管控
在最新的國家標準《鋰離子電池正極材料檢測方法 磁性異物含量和殘余堿含量的測定》(征求意見稿)中,將掃描電鏡檢測金屬異物的方法寫入國家標準。
飛納臺式掃描電鏡 ParticleX 全自動清潔度分析系統(tǒng),可以全自動對正負極、漿料、環(huán)境中的金屬異物進行識別 / 分析 / 統(tǒng)計。(延伸閱讀??:鋰電行業(yè)都在關(guān)注丨電池材料清潔度檢測新方案)
2. 進行工藝改進
鑒于熱失控的本質(zhì)是電池內(nèi)部各種材料間的化學反應,因此,通過改進電池材料的熱穩(wěn)定性,例如正極材料包覆,可以提升鋰離子電池的安全性,降低安全性事故的破壞性。(下一期我們將為大家詳細介紹 ForgeNano 在鋰電池材料改性生產(chǎn)工藝中的應用)
預防鋰電池安全事故 - 對個人消費者而言
此前天津消防曾科普過,電動車在四種情況下很容易發(fā)生自燃:
1. 線路破損
2. 擅自改裝
3. 超出使用年限
4. 線路短路
個人消費者應對照以上 4 點進行排查。
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