锂离子电池火灾:预防、缓解和安全措施

了解锂离子电池起火的风险、原因和安全措施。了解避免灾难性电池火灾的预防措施和解决方案。

2025 年 2 月 13 日星期四

锂离子电池起火的风险和危险

锂离子电池起火造成的破坏性影响的新闻报道屡见不鲜,我们对这些悲剧都不陌生。2024 年末,哥伦比亚广播公司报道了布朗克斯一名男子在为电动自行车电池充电时因锂离子电池起火而死亡的消息。这位先生在一楼给电池充电时引发了火灾,导致他丧生,并严重伤害了其他家庭成员。

另一个耸人听闻的头条新闻是《纽约时报》报道了一辆装载锂离子电池的卡车在撞车后起火爆炸的事件。事故中无人受伤,但由于热失控事件,翻倒的卡车仍在起火,七英里长的高速公路被关闭了 48 小时。爆炸导致运输中的电池喷出高达 10 英尺的火焰,引发了被称为热失控的连锁反应。电池的点燃产生了不可阻挡的连锁反应,即所谓的热失控。

锂离子电池起火的原因是什么?

这些戏剧性事件清楚地说明了锂离子电池起火可能造成的破坏性影响;最糟糕的情况是造成生命损失。电池起火的原因有多种。一些常见原因包括

  • 电池过度充电
  • 使用不符合要求的充电设备
  • 电池过热或暴露在高温下
  • 制造缺陷
  • 极高的放电率
  • 短路
  • 跌落、挤压、刺穿或剧烈振动造成的损坏。

如果电池遇到一个或多个这样的触发器,电池单元就会爆裂并释放出有害气体,从而引发大火。

防止锂离子电池起火

鉴于锂离子电池起火的潜在诱因相当多,而且一旦起火会带来巨大风险,因此必须采取严密的安全措施,以保障货物、基础设施和人的生命安全。这种安全需求在电动交通应用中尤为突出,因为车辆和人员可能会在偏远地区运行,或在海上或空中受到不断变化的温度、压力和条件的影响。

必须采取一系列安全措施来降低火灾风险。这些措施应旨在首先防止火灾的发生,其次减轻火灾的负面影响。

预防性安全措施包括

  • 使用高效冷却系统
  • 使用高质量的充电器和电缆
  • 用坚固的电池盒保护电池
  • 监控充电环境
  • 定期检查
  • 安全储存方法
  • 在电解液或隔膜中添加阻燃添加剂,提高电池的热稳定性。

如果这些预防措施无法奏效,下一道防线就应该是旨在阻止或减少热失控损害的故障安全措施。

安全缓解措施包括

  • 在附近放置消防设备
  • 保持强有力的应急计划
  • 电池内部的隔膜关闭机制
  • 电池或电池外壳上的通风装置

例如,凝胶聚合物隔膜是一种有用的材料,因为它会在电池温度达到热失控临界值之前熔化并分解。但是,隔膜需要一定的时间才能崩溃,可能无法迅速关闭电池。易燃气体仍会在电池内部积聚,从而增加压力和温度。

排气装置可以在受控的情况下释放多余的气体和热量,而不是在不受控制的情况下发生爆炸。防爆板和爆破片等解决方案就是通风装置的例子。它们是最后一道防线,因为它们不能防止火灾,但可以减轻最坏的影响,防止灾难性的破坏。它们可以将火苗直接排放到大气中,但在许多电动汽车中,电池首先排放到管道系统中。

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每一个电池片都可选择添加一个呼吸膜,以持续实现压力均衡。将这两种压力安全功能结合到一个设备中,意味着呼吸和排气都可以通过一个设备进行,从一个共同的位置排出所有气体。这就提高了控制和分散易燃放气气体的能力。其结果是锂离子电池和外壳设计更简单、更清洁,组装更快速、更易于集成,从而使锂离子电池更安全、更简单、更具成本效益。

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