近日,多品牌充电宝产品宣布召回、电商平台下架、3C证书被“暂停”、多个机场禁止携带托运,这场由充电宝电芯安全引发的问题成为热议焦点。那么,锂电池如果发生热失控,应该如何灭火呢?
锂电池如何发生热失控?
不管是三元锂电池还是磷酸铁锂电池,都属于化学电池的范畴,这类电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。
锂电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料、磷酸铁锂;负极则是锂作为活性物质。锂的标准电极电位最负,在金属中比重最轻,反应活泼性最高,电动势和比能量较高,属于高能电池。
在正常充放电过程中,锂离子在正负极之间来回移动,实现电能的存储和释放。在使用过程中,锂电池又随着使用时间、充放电次数、不同电芯温度差异、充放电工况等因素,会导致电池的内阻逐渐增大。此外,电池还受外部因素影响,如过充、过放、短路、高温等,使电池内部的化学反应发生变化。当达到临界状态时,电池就极可能发生热失控。所谓热失控,指的是电池内部产生的热量无法及时散发出去,导致温度不断升高,进而引发一系列化学反应,最终可能导致电池起火、爆炸。
为什么会热失控?
以充电(过充、大功率)为例,当电池过度充电时,正极会不断释放锂离子,而负极由于无法及时接纳过多的锂离子,就会导致锂金属在负极表面沉积,形成死锂(锂枝晶)。过度充电导致正极过度缺乏锂离子,结构不稳定。长期以往,将导致正极结构塌陷,电池析出氧气,电池内部压力增加,表象就是鼓包漏液。同时,在大电流快充时,电池负极快速涌入大量锂离子,但一时半会锂离子无法嵌入到负极晶格中,时间过长也会导致锂沉积副反应,导致析出死锂(锂枝晶)。
锂枝晶如名称所描述,就像一根尖锐的针,随着锂枝晶不断生长,最终可能会刺穿隔膜,使正负极直接接触,引发短路。一旦短路发生,大量的电流瞬间通过,产生巨大的热量,导致电池温度急剧上升,最终导致热失控。
热失控后如何灭火?
锂电池热失控一旦发生,高温又会促使电解液发生分解反应,产生大量的可燃气体,如氢气、甲烷等,这些可燃气体无需氧气就能燃烧,且火势往往非常猛烈,难以扑灭。
锂电池燃烧时,火焰温度可高达数百摄氏度,甚至上千摄氏度,远远超过普通火灾的温度。其次,热失控可能引发电池爆炸。当电池内部压力过高,超过电池外壳的承受极限时,就会发生爆炸。那么一旦锂电池起火,我们应该如何正确处置呢?
使用干粉灭火器只能暂时的控制住火势。因为干粉灭火器主要是通过覆盖燃烧物表面,隔绝氧气来灭火。但锂电池起火后根本无需氧气就能发生剧烈燃烧,所以,虽然干粉灭火器可能会暂时扑灭表面的火焰,但很快电池内部的热量就会再次引发复燃。
水是目前扑救锂电池火灾较为有效灭火剂之一。当锂电池起火时,应立即使用大量的水对起火电池进行持续喷淋,通过水的蒸发带走大量的热量,降低电池的温度,从而阻止电池内部的热失控反应。但需要注意的是,使用水灭火时,要确保不存在触电风险。如果是正在充电的锂电池起火,必须先切断电源,然后再进行浇水灭火。继续用水或其它非易燃液体浸透失火的电子设备,降低锂电池单元电池芯的温度,防止相邻电池芯失火。
全氟己酮对电池起火有不错的效果,但价格较高。全氟己酮主要有三种作用,分别是冷却降温、隔绝氧气、化学抑制。
全氟己酮沸点为49.2℃,在常温下容易蒸发,当全氟己酮释放后迅速从液态转变为气态,这个过程会吸收大量的热量,能有效降低电池及其周围环境的温度,抑制燃烧反应的持续进行。
其次,全氟己酮蒸发后会形成一层密闭的惰性气体层,其气体密度较大,会覆盖在火源表面,减少了燃烧反应所需的氧气供应,使火焰因缺氧而逐渐熄灭。
最后,全氟己酮能够与部分燃烧反应中产生的自由基发生反应,消耗这些自由基,从而中断燃烧的链式反应,阻止火焰的继续传播,从化学反应层面上实现灭火,并有效防止火灾的复燃。目前全氟己酮已经在机场、客运等场所广泛采用。(朋月)