夺命几十秒我们该怎样看待电池该如何自救

2021-12-29 17:54 作者:小冷的繁华都市 0人读过 | 我要投稿

前不久，发生在北京地下停车场某品牌的一起电动汽车起火事件，不禁叫我们对于安全的防护等级再度提升，为什么电动车会存在这么大的潜在隐患，而如果真的发生我们到底需要怎么做，首先，我们先来了解电动汽车的地盘布局、电池种类等情况。

众所周知，目前市面上依然还是两条线的布局，传统燃油车和新能源电动汽车（涵盖插电混、混动），对于传统燃油车的自燃更多的集中在线路老化，发动机舱常年的污垢和保养时不注意漏滴的机油等，而这些污渍遇到高温后可以在最快时间演变为自燃以及私自更改线路导致短路漏电自燃等，尽管自燃的存在是概率性问题，但是保养维护到位，燃油车确实可以降低隐患的发生。

而就电动汽车来说，恐怕就没有那么简单了，电动汽车将整个电池组安放在底盘上，并在电池正负极中间装有隔离装置，电池管理系统也是又不同的模块来单独控制，同时也承接着非常重要的角色扮演。

虽说目前各种新势力、传统车企的电动汽车层出不穷，充斥着这个新能源的市场，但核心依旧还是电池方面，就目前的科技水平来看，电池仍然分为：三元锂电池及磷酸铁锂电池两大类，而此次起火的某品牌车型所搭载的恰巧是更为稳定的磷酸铁锂电池，究竟是电池本身还是其他诱因，如：电池材质、充电桩等，我们一一分析。

磷酸铁锂电池（LiFePO4），有些小伙伴兴许还是比较陌生，磷酸铁锂电池最核心的优势就是技术成熟、成本更低、磷矿储存量大、热稳定性更高，拥有超过800摄氏度的热失控能力，加上电池本身的放热缓慢，分解时不会释放氧气，在一定程度上很难突破自身原因而导致起火、燃烧、爆炸，所以正常使用来说安全性很高，但并不意味着热失控耐高温就不存在起火，所有事情没有绝对，在极端特殊情况下依旧会出现隐患，而对于材料的选择、配比、工艺过程以及后期的使用是有很大关系的。

虽说磷酸铁锂材料从热力学方面来讲，热稳定性和结构稳定型是目前所有正极材料中最高的，但从材料以及电池内在发生短路的可能性和几率来看，它又是最不安全的。为什么这样讲。首先，从材料的制备来说，由于磷酸铁锂纳米级颗粒较小，比表面积较高，并且由于采用碳包覆工艺，高比表面积的活性炭对空气中的水分等气体具有很强的吸附作用，造成电极加工性能不佳，粘结剂对其纳米颗粒的粘附力较差，加上磷酸铁锂的固相烧结反应是一个复杂的多相反应，有固相磷酸盐、铁的氧化物以及锂盐，外加碳的前驱体以及还原性气相。为了保证磷酸铁锂中的铁元素是正二价，烧结反应必须在还原性气氛中进行，而较强的还原性气氛在将三价铁离子还原成正二价铁离子的过程中，存在将正二价铁离子进一步还原成微量单质铁的可能性。而单质铁会引起电池的微短路，是电池中最忌讳的物质，除此之外，固相反应一个显著的特点是反应的缓慢性和不彻底性，这使得在磷酸铁锂中存在微量Fe2O3的可能性（美国阿贡实验室将磷酸铁锂高温循环性差的缺陷归结为Fe2O3在充放电循环过程中的溶解以及单质铁在负极上的析出）。如果想要提升磷酸铁锂电池的性能，必须将其颗粒纳米化。而纳米材料的一个显著特点是结构稳定性和热稳定性较低，化学活性较高，无论在电池制备过程中还是在电池的充放电循环和储存时，纳米颗粒都极易从电极上脱离，这在某种程度上也增加了磷酸铁锂中铁溶解的几率，造成电池的内部微短路，通过实验验证，我们测到铁元素也说明了其问题点。

作为充电电池，首要任务就是要承受重物冲击、抗热冲击、抗过充电、抗短路、高温储存、抗加热、抗穿刺、高压输出、长寿命的循环放电、高容量体积、电化学稳定性及使用过程中不会因为过度充电、放电导致的燃烧、爆炸情况发生的严格工序。而这些在磷酸铁锂电池上都可以做到近似于完美，是目前最好的大电流输出动力电池，也充分说明比亚迪研制刀片磷酸铁锂电池和广汽埃安“弹匣”电池的初衷。

三元锂电池一般被称为：三元聚合物锂电池，正极材料使用镍钴锰酸锂（Li(NiCoMn)O2）或者镍钴铝酸锂的三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，也是大家最熟悉最常见的电池之一，几乎涉及到了我们日常所需的任何电器环节中。

其最大的优势就是三元材料的电压平台明显比磷酸铁锂电池高，高线可以达到4.2伏，放电平台也可以达到3.6或者3.7伏。同时拥有能量密度高、振实密度高等特点；但弊端就是热稳定性较差，三元锂电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。伴随着过充电压愈高，危险性也会成比增加。在锂电芯电压高于上限的4.2V后，内部正极材料在剩下的锂原子数量不到一半后，储存格会存在随时垮掉等因素，进而直接影像电池容量而产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过度充电过程时，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸，所以三元锂电池在充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限，当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏，由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止，锂电池从3.0V 放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压，充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面而这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。如果电池外壳破裂，就会爆炸。而且在300摄氏度左右的高温时会开始溶解，此时镍钴锰正极材料还会释放出氧离子，加速燃烧，因此，对三元锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。尽管此次自燃事件不涉及三元锂电池，但是回顾之前的案例，三元锂电池的自燃更像是一个定时炸弹，时刻困扰着消费者。

同样作为充电电池的三元锂电池，对于重物冲击、抗过充电、抗短路、抗加热、抗穿刺、高压输出、长寿命的循环放电等情况下，都不尽如人意。虽说三元锂电池同样拥有其他的优势，但对于自燃及不可控因素的发生，叫大家也纷纷转向了磷酸铁锂电池的领域。

充电桩，充电桩分为直流式和交流式，直流就是我们通常所说的“快充”，可在2-3小时内完成电池的充电，交流则为“慢充”，时间为6-8小时左右。在安全方面，充电桩也会存在相关的安全隐患，如装置电压过高，有些能够达到770V，使用中一旦漏电后果不敢想象；充电桩接地不可靠，有些内部金属部件不能够完全接地，但对于没有把控的施工环境及考核标准，存在较大面积的触电风险；充电枪插头没有可靠锁紧，有些没有电子断电锁装置，在使用中拿起充电头不能够做到绝缘状态，存在严重隐患；充电桩防水、防锈、密封性能不好，内部容易发生锈蚀，短路，不仅在拿起时存在隐患，长时间充电也会导致内部元器件短路而诱发起火燃烧等风险。