2023年12月19日发(作者：沐海蓝)
探讨锂电池火灾爆炸原因分析与控制措施
摘要：为进一步提升锂电池使用的安全性，最大程度减少安全事故的发生几率，文章以锂电池火灾爆炸作为研究对象，客观分析火灾爆炸诱发原因，并积极做好防控工作，稳步增强锂电池的安全性，逐步拓宽其使用领域，发挥锂电池在经济发展、社会生活等方面的积极作用。
关键词：锂电池；火灾爆炸；爆炸原因；控制措施
引 言
根据FAA统计，历年锂电池火灾事故中，68％是由于内部或者外部短路造成，15％是由于充放电造成，7％由于设备意外启动造成，10％为其他原因造成。
1锂电池出现火灾爆炸事故的影响因素
锂电池当中也分为正负极，并且正负极所含有的物质是不同的，其中锂化合物处在正极位置，是以锂离子的形态而存在的。基于电解液能够嵌入炭层，在炭层中有很多微孔，在炭层中嵌入更多锂离子，电池充电量也就越高。在电池放电过程中，潜在炭层当中的锂离子会透出，会变成电解液，而其又会重新回到正极位置。当这个位置中的锂离子数量增加，那么其放电容量也就会升高，继而会对锂电池内外部安全产生不良影响，这里所讲的内部因素就是生产制作锂电池的材料、技术，还有锂电池本身的构造。材料特性会影响电池过程以及人稳定性，制作工艺会出现微短路、电芯内短路以及技粉单来。而外部因素包含充电、过温、外短路等在外界因素当中，温度会对锂电池的充电、放电性能产生影响，也就是电化学产生反应。在温度逐渐降低的时候，反应情况也会不断降低，在电池电压保持不变的时候，放电随之降低，其功率也就会逐渐降低。倘若锂电池的温度呈现上升状态，其功率也就会呈现上升态势。温度会对电解液传送速度产生影响，
温度的上升速度过快的话就会对其充电、放电性能产生不良影响。在温度超高的时候，会对电池的化学平衡产生不良影响。
锂电池发生火灾爆炸事故的原因有很多，可是最为关键的原因就是电池出现高温与高压，与其会产热息息相关。电池当中的产热因素非常多，其中锂电池热散失过速的话，反应速度也会随之增涨。这时会导致两种情况产生，其一就是反应达到燃点温度爆发火灾，锂电池通常都被制作成封闭状态，如果封闭体系当中的温度过高，反应速度也会加快，反应物的气压快速上升，活性物分解，同电解液反应生成气体，如果再失去安全阀的保护，还会导致爆炸事故，会对使用者产生严重威胁。
2锂电池火灾爆炸事故
锂电池火灾爆炸事故发生过程的概括，有助于锂电池生产企业以及相关技术团队，逐步梳理锂电池火灾爆炸事故的各个环节，通过对火灾爆炸事故过程性特点的分析，为锂电池火灾爆炸安全控制举措的制定与完善提供了方向性引导。由于锂电池的特殊性，在生产、存储各个环节，在某些特殊的情况下，极易诱发火灾爆炸。为更好的总结锂电池火灾事故的相关情况，以某锂电池生产企业为例，主要从事锂电池生产、加工等相关工作，2019年，其锂电池生产过程中，突发锂电池爆炸，锂电池爆炸之后，其含有的相关介质溅射到生产车间的其他区域，导致火灾的发生，造成了巨大的经济财产损失。从事后火灾爆炸原因的分析来看，生产企业在锂电池生产加工过程中，没有严格按照相关要求，对锂电池原料及其成品没有进行分类存储，导致锂电池出现外短路的情况，短路情况发生后，锂电池局部温度升高，由于锂电池的体积较小，在存储过程中往往进行高密度摆放，这种情况下，电池短路的发生可能诱发集群效应，造成规模化短路的出现，短路的发生使得锂电池温度持续上升，当锂电池温度超过150摄氏度时，锂电池出现熔化的情况，诱发电池盒燃烧，继而燃烧规模不断扩大，最终产生火灾爆炸。从这一事例中可以发现，锂电池火灾爆炸的成因较为复杂，在实际的安全防控过程中，需要采取必要的应对手段，积极做好应对处理工作。
3锂电池过冲火灾爆炸出现的原因以及管控措施
3.1过充
3.1.1原因
当使用非原装充电器，或者充电器运行不正常的情况下，对电池进行充电可能会导致电池的温度上升。当温度上升时，电池内电解液气化导致内压上升，正常情况下就会终止当前的充电状态。而使得锂电池过充时发生火灾爆炸事故有以下几种情况：
（1）在锂电池充电初期，由于电池具有一定的电阻，则电流通过电阻时会产生一定的热量，此时电池表面会出现缓慢的升温现象。当电池充满电后，原本锂离子在电池内一直以离子形式游离在正负极之间，但因为电池充满电，负极已无法被继续填入。但由于此时的负极可能具有较高的嵌锂能力，那么锂离子会继续从正极析出并以单质的形式在负极表面沉积，金属锂由于具有较高的金属活性此时会与溶剂反应，导致嵌锂碳也与溶剂发生放热反应，由于该反应产生的大量热量，将导致热失控的发生，随之伴生出更多连锁放热反应，电压和温度的迅速升高，使电池发生着火和爆炸。
（2）当电池过度充电时，一般电池内都会有一个过充电的保护装置。以手机电池为例，保护装置的原理是在电池内安装一个电压检测的保护电路IC，当检测到电池内部电压超过4.25V时，保护电路启动MOS截止电池继续充电。但是实际应用下，由于设计、管理、工艺等多种原因都可能导致保护的IC失效，此时电池会继续充电，当充电的电压超过4.5V，如果负极的嵌锂能力较差，锂离子将在负极表面发生沉积。沉积的锂晶体则会形成枝晶，枝晶贯穿隔板形成枝晶短路。此时电芯会急剧放电，导致放出大量的热，电解液在高温作用下也将发生不可逆的放热化学反应，而这一系列的反应会导致锂电池内部温度上升、内压升高，进而发生火灾爆炸。
（3）如果保护电路IC没有失效，那么在一般过充情况下，电池由于充电产生的热在常环境下可以自然散去，不会积聚过多的热量，过充仅仅会使电解液分解，那么电池依然会安全。但是如果电池在非正常充电条件下过充，比如使用了高倍率的充电器进行充电，或者充电时外部环境温度较高影响电池的散热，或者
电池本身的设计使得电池的散热缓慢的条件下，由于过充的升温和热量无法散去的双重条件下，隔膜逐渐被融化，一旦隔膜融化，电池内部就会发生短路，此时电芯会急剧放电，温度快速升高，引发电池的材料被点燃，最后发生火灾爆炸。
（4）电解液在过充的条件下会发生气化，此时电池的内压会逐渐增加，因此锂电池在设计的时候为了防止内压过高发生鼓胀，会在外壳上安装泄压装置，用于进行内压的调节。而当泄压装置失效时，由于过充电池将发生鼓胀甚至导致电池芯损坏，损坏后的电池芯会产生一系列的放热反应引起火灾爆炸事故。
3.1.2管控措施
基于以上过充原因分析，为了解决过充因素造成的火灾爆炸，可以通过以下技术措施预防：
（1）确保保护电路IC的质量，降低其失效的可能性。（2）在电解质内添加稳定助剂，使电解液在高温情况下不容易生成氧气，或者抑制电解液在高温环境下的分解反应发生。（3）增加温感电极，当电池内部温度骤升时，内阻会迅速升高，使电极的反应关闭。（4）设置电压敏感隔膜，在正常充放电时，隔膜呈现绝缘态，允许离子传导，当出现过充现象时，隔膜立即掺杂成为电子导电态，阻断电池内部反应。（5）加入活性聚合物，当充电时超过电压限制，聚合物分子则在正极表面形成一种氧化聚合膜，从而阻断电池的反应，热失控也会随着反应的终止而中断。
3.2短路
3.2.1出现短路问题的原因
内部短路一般就是由于锂离子树枝状结晶穿破隔膜产生的，过充是导致短路爆炸的关键性因素，用陶瓷胳膊、负极热阻层等能够有效规避电池短路问题的产生。当电池温度超高的时候，在热传递的作用之下，电解液温度也会随之上升，那么SEI膜就会被融化和熔穿，这个时候电池就会出现生疏电池的短路问题，会因为热反应而出现电池爆炸。
3.2.2管控措施
电池芯包含正负极、隔膜以及电解液等，选择材质、管控技术以及构造设计等诸多方面都会影响锂电池实际应用的成效，尤其是充电、放电特性，设计架构、材料技术管控不够合理，当出现过充的时候，就会产生电解液气化、电池过热以及电极短路等问题导致的火灾爆炸问题。对此一定要注意，对应的工作场地要使用相应的工作方式，如果企业不具备密闭作业的条件，也需要要对配料进行合理的除尘处理。在开展除尘工作的时候，关联中央排风的管道，使用现代化的粉尘回收设备、设施等，实现堆积进行二次利用的目标。在连接中央排风管道的时候，一定要注意，整个管道当中一定要涵盖接地设施，这样能够避免粉尘自燃而产生的火灾、爆炸等安全事故。如果锂电池添加物是易燃液体，在实际搅拌操作中禁止应用易于形成火花的工具、设备等，搅拌机也一定要进行静电接地处理，操作现场做好合理有效的消防处理。锂电池的整个制作操作流程当中都要安装除尘装置，这样才能够切实规避扬尘问题。在对锂电池进行组装作业的时候，不允许混入金属异物，这是因为其会穿透锂电池中的隔膜，会造成短路等诸多问题。同时对于电池老化室一定要进行重点监护，使用现代化技术、材质的防火门，同时要安装报警器等相关设施。对锂电池的存储量进行严格管控，要求仓库温度不能高出30℃。强化提升在人员方面的管理，注重对职工进行安全防护方面的培训，普及并提升职工的安全技术、知识等，强化其安全操作的技能，对职工自身以及他人安全、健康等进行有效保护。
结束语
为保持锂电池的实用性，促进锂电池产业的健康发展，在生产工艺创新的过程中，需要着重做好安全体系的构建工作，借助必要的安全控制举措，有效消除锂电池在生产、存储以及使用过程中暴露出的安全隐患。基于这种认知，文章从实际情况出发，多维度探讨锂电池爆炸火灾诱发原因，采取有效举措，做好生产工序监控、存储管理等相关安全防控工作。
参考文献
1.
手机锂电池防火技术探究[J].马瑛.武警学院学报.2018(02)
2.
锂离子电池火灾危险性及热失控临界条件研究[D].黄沛丰.中国科学技术大学2018
3.
受限空间锂离子电池燃爆特性研究[D].韩旭.中国民用航空飞行学院2019
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一种防爆锂离子动力蓄电池电源装置.刘琦,张嘎,吴楠.电气防爆.2019
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锂-空气电池电解质体系研究进展[J].杨彦涛.船电技术.2016(12)
6.
金属二氧化碳电池[J].谢召军,张欣,周震.电源技术.2017(05)
7.
认清事实锂电池并不危险[J].电脑爱好者.2016(14)
2023年12月19日发(作者：沐海蓝)
探讨锂电池火灾爆炸原因分析与控制措施
摘要：为进一步提升锂电池使用的安全性，最大程度减少安全事故的发生几率，文章以锂电池火灾爆炸作为研究对象，客观分析火灾爆炸诱发原因，并积极做好防控工作，稳步增强锂电池的安全性，逐步拓宽其使用领域，发挥锂电池在经济发展、社会生活等方面的积极作用。
关键词：锂电池；火灾爆炸；爆炸原因；控制措施
引 言
根据FAA统计，历年锂电池火灾事故中，68％是由于内部或者外部短路造成，15％是由于充放电造成，7％由于设备意外启动造成，10％为其他原因造成。
1锂电池出现火灾爆炸事故的影响因素
锂电池当中也分为正负极，并且正负极所含有的物质是不同的，其中锂化合物处在正极位置，是以锂离子的形态而存在的。基于电解液能够嵌入炭层，在炭层中有很多微孔，在炭层中嵌入更多锂离子，电池充电量也就越高。在电池放电过程中，潜在炭层当中的锂离子会透出，会变成电解液，而其又会重新回到正极位置。当这个位置中的锂离子数量增加，那么其放电容量也就会升高，继而会对锂电池内外部安全产生不良影响，这里所讲的内部因素就是生产制作锂电池的材料、技术，还有锂电池本身的构造。材料特性会影响电池过程以及人稳定性，制作工艺会出现微短路、电芯内短路以及技粉单来。而外部因素包含充电、过温、外短路等在外界因素当中，温度会对锂电池的充电、放电性能产生影响，也就是电化学产生反应。在温度逐渐降低的时候，反应情况也会不断降低，在电池电压保持不变的时候，放电随之降低，其功率也就会逐渐降低。倘若锂电池的温度呈现上升状态，其功率也就会呈现上升态势。温度会对电解液传送速度产生影响，
温度的上升速度过快的话就会对其充电、放电性能产生不良影响。在温度超高的时候，会对电池的化学平衡产生不良影响。
锂电池发生火灾爆炸事故的原因有很多，可是最为关键的原因就是电池出现高温与高压，与其会产热息息相关。电池当中的产热因素非常多，其中锂电池热散失过速的话，反应速度也会随之增涨。这时会导致两种情况产生，其一就是反应达到燃点温度爆发火灾，锂电池通常都被制作成封闭状态，如果封闭体系当中的温度过高，反应速度也会加快，反应物的气压快速上升，活性物分解，同电解液反应生成气体，如果再失去安全阀的保护，还会导致爆炸事故，会对使用者产生严重威胁。
2锂电池火灾爆炸事故
锂电池火灾爆炸事故发生过程的概括，有助于锂电池生产企业以及相关技术团队，逐步梳理锂电池火灾爆炸事故的各个环节，通过对火灾爆炸事故过程性特点的分析，为锂电池火灾爆炸安全控制举措的制定与完善提供了方向性引导。由于锂电池的特殊性，在生产、存储各个环节，在某些特殊的情况下，极易诱发火灾爆炸。为更好的总结锂电池火灾事故的相关情况，以某锂电池生产企业为例，主要从事锂电池生产、加工等相关工作，2019年，其锂电池生产过程中，突发锂电池爆炸，锂电池爆炸之后，其含有的相关介质溅射到生产车间的其他区域，导致火灾的发生，造成了巨大的经济财产损失。从事后火灾爆炸原因的分析来看，生产企业在锂电池生产加工过程中，没有严格按照相关要求，对锂电池原料及其成品没有进行分类存储，导致锂电池出现外短路的情况，短路情况发生后，锂电池局部温度升高，由于锂电池的体积较小，在存储过程中往往进行高密度摆放，这种情况下，电池短路的发生可能诱发集群效应，造成规模化短路的出现，短路的发生使得锂电池温度持续上升，当锂电池温度超过150摄氏度时，锂电池出现熔化的情况，诱发电池盒燃烧，继而燃烧规模不断扩大，最终产生火灾爆炸。从这一事例中可以发现，锂电池火灾爆炸的成因较为复杂，在实际的安全防控过程中，需要采取必要的应对手段，积极做好应对处理工作。
3锂电池过冲火灾爆炸出现的原因以及管控措施
3.1过充
3.1.1原因
当使用非原装充电器，或者充电器运行不正常的情况下，对电池进行充电可能会导致电池的温度上升。当温度上升时，电池内电解液气化导致内压上升，正常情况下就会终止当前的充电状态。而使得锂电池过充时发生火灾爆炸事故有以下几种情况：
（1）在锂电池充电初期，由于电池具有一定的电阻，则电流通过电阻时会产生一定的热量，此时电池表面会出现缓慢的升温现象。当电池充满电后，原本锂离子在电池内一直以离子形式游离在正负极之间，但因为电池充满电，负极已无法被继续填入。但由于此时的负极可能具有较高的嵌锂能力，那么锂离子会继续从正极析出并以单质的形式在负极表面沉积，金属锂由于具有较高的金属活性此时会与溶剂反应，导致嵌锂碳也与溶剂发生放热反应，由于该反应产生的大量热量，将导致热失控的发生，随之伴生出更多连锁放热反应，电压和温度的迅速升高，使电池发生着火和爆炸。
（2）当电池过度充电时，一般电池内都会有一个过充电的保护装置。以手机电池为例，保护装置的原理是在电池内安装一个电压检测的保护电路IC，当检测到电池内部电压超过4.25V时，保护电路启动MOS截止电池继续充电。但是实际应用下，由于设计、管理、工艺等多种原因都可能导致保护的IC失效，此时电池会继续充电，当充电的电压超过4.5V，如果负极的嵌锂能力较差，锂离子将在负极表面发生沉积。沉积的锂晶体则会形成枝晶，枝晶贯穿隔板形成枝晶短路。此时电芯会急剧放电，导致放出大量的热，电解液在高温作用下也将发生不可逆的放热化学反应，而这一系列的反应会导致锂电池内部温度上升、内压升高，进而发生火灾爆炸。
（3）如果保护电路IC没有失效，那么在一般过充情况下，电池由于充电产生的热在常环境下可以自然散去，不会积聚过多的热量，过充仅仅会使电解液分解，那么电池依然会安全。但是如果电池在非正常充电条件下过充，比如使用了高倍率的充电器进行充电，或者充电时外部环境温度较高影响电池的散热，或者
电池本身的设计使得电池的散热缓慢的条件下，由于过充的升温和热量无法散去的双重条件下，隔膜逐渐被融化，一旦隔膜融化，电池内部就会发生短路，此时电芯会急剧放电，温度快速升高，引发电池的材料被点燃，最后发生火灾爆炸。
（4）电解液在过充的条件下会发生气化，此时电池的内压会逐渐增加，因此锂电池在设计的时候为了防止内压过高发生鼓胀，会在外壳上安装泄压装置，用于进行内压的调节。而当泄压装置失效时，由于过充电池将发生鼓胀甚至导致电池芯损坏，损坏后的电池芯会产生一系列的放热反应引起火灾爆炸事故。
3.1.2管控措施
基于以上过充原因分析，为了解决过充因素造成的火灾爆炸，可以通过以下技术措施预防：
（1）确保保护电路IC的质量，降低其失效的可能性。（2）在电解质内添加稳定助剂，使电解液在高温情况下不容易生成氧气，或者抑制电解液在高温环境下的分解反应发生。（3）增加温感电极，当电池内部温度骤升时，内阻会迅速升高，使电极的反应关闭。（4）设置电压敏感隔膜，在正常充放电时，隔膜呈现绝缘态，允许离子传导，当出现过充现象时，隔膜立即掺杂成为电子导电态，阻断电池内部反应。（5）加入活性聚合物，当充电时超过电压限制，聚合物分子则在正极表面形成一种氧化聚合膜，从而阻断电池的反应，热失控也会随着反应的终止而中断。
3.2短路
3.2.1出现短路问题的原因
内部短路一般就是由于锂离子树枝状结晶穿破隔膜产生的，过充是导致短路爆炸的关键性因素，用陶瓷胳膊、负极热阻层等能够有效规避电池短路问题的产生。当电池温度超高的时候，在热传递的作用之下，电解液温度也会随之上升，那么SEI膜就会被融化和熔穿，这个时候电池就会出现生疏电池的短路问题，会因为热反应而出现电池爆炸。
3.2.2管控措施
电池芯包含正负极、隔膜以及电解液等，选择材质、管控技术以及构造设计等诸多方面都会影响锂电池实际应用的成效，尤其是充电、放电特性，设计架构、材料技术管控不够合理，当出现过充的时候，就会产生电解液气化、电池过热以及电极短路等问题导致的火灾爆炸问题。对此一定要注意，对应的工作场地要使用相应的工作方式，如果企业不具备密闭作业的条件，也需要要对配料进行合理的除尘处理。在开展除尘工作的时候，关联中央排风的管道，使用现代化的粉尘回收设备、设施等，实现堆积进行二次利用的目标。在连接中央排风管道的时候，一定要注意，整个管道当中一定要涵盖接地设施，这样能够避免粉尘自燃而产生的火灾、爆炸等安全事故。如果锂电池添加物是易燃液体，在实际搅拌操作中禁止应用易于形成火花的工具、设备等，搅拌机也一定要进行静电接地处理，操作现场做好合理有效的消防处理。锂电池的整个制作操作流程当中都要安装除尘装置，这样才能够切实规避扬尘问题。在对锂电池进行组装作业的时候，不允许混入金属异物，这是因为其会穿透锂电池中的隔膜，会造成短路等诸多问题。同时对于电池老化室一定要进行重点监护，使用现代化技术、材质的防火门，同时要安装报警器等相关设施。对锂电池的存储量进行严格管控，要求仓库温度不能高出30℃。强化提升在人员方面的管理，注重对职工进行安全防护方面的培训，普及并提升职工的安全技术、知识等，强化其安全操作的技能，对职工自身以及他人安全、健康等进行有效保护。
结束语
为保持锂电池的实用性，促进锂电池产业的健康发展，在生产工艺创新的过程中，需要着重做好安全体系的构建工作，借助必要的安全控制举措，有效消除锂电池在生产、存储以及使用过程中暴露出的安全隐患。基于这种认知，文章从实际情况出发，多维度探讨锂电池爆炸火灾诱发原因，采取有效举措，做好生产工序监控、存储管理等相关安全防控工作。
参考文献
1.
手机锂电池防火技术探究[J].马瑛.武警学院学报.2018(02)
2.
锂离子电池火灾危险性及热失控临界条件研究[D].黄沛丰.中国科学技术大学2018
3.
受限空间锂离子电池燃爆特性研究[D].韩旭.中国民用航空飞行学院2019
4.
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5.
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6.
金属二氧化碳电池[J].谢召军,张欣,周震.电源技术.2017(05)
7.
认清事实锂电池并不危险[J].电脑爱好者.2016(14)