探讨锂离子电池的爆炸机理

锂离子电池爆炸的因素很多,但其主要的原因是电池内部的高温、高压都与产热因素有直接的关系。电池内部的产热因素众多,如果锂离子电池内部的热生成速率大于热散失速率,则体系内的反应温度就会不断上升，其结果可能造成两种极端情况:

(1)反应物质的温度达到其着火温度而发生火灾;

(2)由于锂离子电池是一个封闭体系,随体系内部温度升高,反应速度加快,反应物蒸气压急剧上升。同时活性物质的分解活性物质与电解液的反应都会产生一定量的气体,其结果是在缺少安全阀保护或安全阀失效的情况下,电池内压便会急剧上升而引起电池爆炸。

常见的爆炸类型有以下几种:

2.1热冲击爆炸

以LCO电池为例，将其放入165℃环境中保持45min发生爆炸，隔膜溶解(PE的熔点是125°C,PP的熔点是155°C)电压迅速降至0V电池表面温度升高到200℃以上，电池的爆炸是由于溶剂的分解、LiCoO2分解、LiCoO2与电解液的反应产生大量的热与气体造成的。

2.2过充爆炸

锂离子电池过充时的电压-温度模式有3种形式：

(1)当充电电压超过4.5V,大量的锂离子从正极溢出。若负极的嵌锂能力很差，锂离子便会沉积在负极表面形成枝晶使电池内部短路，电池的安全性明显降低;

(2)若负极的嵌锂能力比较强，随着锂离子从正极溢出溶剂被氧化(远远大于正常情况下的反应速度)，产生大量的热使电池温度升高，接着溶剂与负极的反应同时发生放出更多的热。若充电电流很低，电池的热稳定性好热量生成速率与散热速率达到平衡，电解液分解的产物增大电池的内阻，或隔膜关闭，电压先升高燃后保持恒定，热量不会失控;

(3)若充电电流很大，电池的稳定性还很差，电压、温度迅速升高，电池就会着火爆炸。

例如锂离子电池充电到标准电量的160%时,热量急剧增加,可能是由于电解液的分解、正极的分解反应产生大量的热引起的,如果在电池内部加入散热装置来平衡热量的释放,电池的爆炸将会避免。

2.3短路爆炸

分为外部短路和内部短路：正负极耳的直接接触;装配过程中出现的毛刺，隔膜皱褶以及粉尘均可引发内部短路，短路也可能引起电池的爆炸。

电池短路时,电流通过电池的瞬间产生大量的热,加热电池,使电池温度升高的热分解温度导致电池爆炸。与加热最大的区别是加热产热速率比较缓慢,各个反应依次进行,而短路状态下,正极的热分解反应可能发生在负极与溶剂反应之前。

2.4其他情况

针刺：针刺造成的锂离子电池爆炸原理与短路大致相同，针刺速度很快时针刺的部位产生大量的热，使电池内部温度升高到正极热分解的温度，正极分解导致电池爆炸。

撞击：当锂离子电池受到撞击时，电极上过电压损失产生热量，促使溶剂与负极的反应，放出的热量进一步加热电池使正极热分解，导致电池爆炸。

过放：锂离子电池过放到1.0-2.0V时，部分电解液发生还原放出少量的热。电压达到0.7V后，金属铜开始氧化井沉积在正极上，电池内部短路，电压迅速降为0V,锂离子电池变为Cu负极Cu正极电池胆电池表面温度升高不明显而不会发生危险。