降低锂离子电池的火灾和爆炸风险

日立分析仪器

2021/11/03 11:23

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2013年1月7日，一架波音787飞机上的保洁人员发现飞机后舱冒烟。一名机修工在经过仔细检查后，发现火灾源自APU电池外壳的盖子。所幸这架飞机当时停在美国洛根国际机场，因此183名旅客和11名机组人员均未受伤。

九天后的2013年1月16日，另一架波音787飞机因出现主锂离子电池事故而不得不紧急降落在日本高松机场。

因此，联邦航空管理局（FAA）在NTSB（美国国家运输安全委员会）开展调查前，停飞了整个787“梦幻客机”机队。

被忽视的严重问题

NTSB调查发现，火灾最可能的原因是锂离子电池发生内部短路。这种短路导致热失控，造成相邻电池温度升高，从而导致过热、火灾甚至爆炸。

波音787飞机是第*一架使用大型锂离子电池的飞机，经过一番艰难排查，发现其存在一定的局限性。总结如下：波音、FAA和电池制造商并未完全解锂离子电池的相关风险。

然而，这不是锂离子电池第*一次在飞机上引发问题。就在今年，FAA发布了一份在线清单，列出了从1991年3月至2019年5月22日发生的258起独立事件，其中包括锂离子电池导致的烟雾、火灾、过热或爆炸。自2016年4月以来，国际民用航空组织一直实施有关锂离子电池航空运输的严格法规——美国今年也已效仿此项举措。

那么，为什么锂离子电池如此危险？制造商可采取哪些措施来降低风险？

什么原因导致锂离子电池过热？

NTSB调查发现，电池发生的内部短路会导致火灾。短路会导致电流过大，使电池过度加热，从而使之点燃。如今，人们普遍认为，电池内异物产生的细小金属颗粒是导致短路的原因。产生这种现象的方式如下：

1. 化学短路

在这种情况下，阴极附近的电解质内尺寸为20µm至50µm的微小金属颗粒发生电离。电离原子带正电荷，表明它们会被吸引至阳极。在向阳极移动时，它们会穿透电池隔板，从而导致阴极至阳极侧发生短路。

2. 物理短路

如果阴极电解质中存在大金属颗粒（如尺寸超过100µm），则它们的尺寸大到足以在隔板上打孔，并将电流直接从阴极传送至阳极侧，从而再次发生短路。

如何对应以确保安全？

为确保安全操作，电池制造商和电池组件提供商必须检查并减少生产中的金属异物。必须将异物保持在最*低限度的区域如下：