目前市場上新能源電車采用的主流類型電池主要為鋰離子電池,起火原理,滅火難的主要原因是什么呢?
主流鋰離子電池類型
1、三元鋰電池(NMC/NCA)
特點:以鎳、鈷、錳或鎳、鈷、鋁為三元正極材料,能量密度高(可達240-280 Wh/kg),低溫性能優異(-30℃仍可工作),但高溫穩定性差,熱失控風險較高(熱失控溫度約200-300℃)。
應用:主要用于高續航需求的純電動汽車。
2、磷酸鐵鋰電池(LFP)
特點:正極材料為磷酸鐵鋰,安全性極高(穿刺、短路不易燃燒),循環壽命長(可達2000次以上),成本低,但能量密度較低(約150-180 Wh/kg),低溫性能差(-5℃以下充電效率驟降)39。
應用:中國市場中占主導地位(2024年占比超70%)。
起火原理
1、熱失控引發
鋰電池熱失控是新能源汽車電池起火的主要原因。當電池內部產生的熱量遠大于散發的熱量,熱量大量堆積就會引起電池燃燒甚至爆炸。具體過程如下:
電池內部熱失控階段:電池由于內部短路產生大量熱量,各類離子和枝晶沉積在電解液中導致電池內阻變大,產熱進一步增加,直至SEI膜分解。隨著SEI膜的分解反應進行,鋰離子又與電解液產生化學反應,直至隔膜完全分解,此時電池完全短路,電池內部溫度急劇上升。
電池鼓包階段:正極材料、粘結劑、電解液都在這一階段分解,是電池熱失控的拐點階段。
電池熱失控、爆炸失效階段:由于電池內部電解液的分解產生大量易燃易爆氣體,讓電池體積不斷膨脹,壓力不斷上升,到達臨界點隨之發生爆炸。
2、外部濫用引發
機械濫用:鋰電池單體或電池組受到碰撞、擠壓、穿刺等外力作用下產生形變或不同位置發生相對位移造成電池內部短路。
電濫用:包括外短路、過充、過放幾種形式,其中過充電容易導致鋰電池熱失控。
熱濫用:一般由于外部環境溫度過高或溫度控制系統失效所導致,局部過熱是發生在電池組中典型的熱濫用情況。
3、內部產熱引發
內部短路廣義上指由于各種原因導致電池正負極直接接觸的現象。若電池正負極接觸面積小,由內短路產生的熱量也較小,對電池的熱失控幾乎沒有影響,但隨著時間的推移,電池內部殘余電解液逐漸增加,電池內阻減小,由內短路產生的熱量逐漸增加,引發熱失控的風險則會大大提升。
難滅火原因
1、持續放電與復燃
鋰電池具備持續放電特性,明火熄滅后,電池內部仍可能持續升溫,導致電池復燃。試驗發現處理新能源車輛火災事故所需的總用水量和所需時間都明顯大于傳統燃油車輛火災事故。
2、高溫難降溫
鋰電池燃燒時內部溫度能達到1000℃以上,遠遠超過普通汽油、柴油燃燒時的溫度。從外部降溫,無法迅速降至其不活躍的溫度,常用的阻隔氧氣的滅火方式基本無濟于事。
3、可燃混合氣體產生
當鋰電池發生熱失控后,會持續放熱并產生大量含有氫氣、甲烷、乙烷等的可燃混合氣體,如果內部的化學反應仍在繼續,在外部明火被撲滅后,容易發生反復復燃現象。
4、電解液特性
鋰電池中的電解液具有易燃性,且在燃燒過程中會產生大量可燃混合物并向周圍噴濺,噴射火焰的距離可以達到6m,增加了滅火的難度和危險性。
5、結構與空間限制
鋰電池通常安裝在車輛的底部或內部,空間狹小且結構復雜,這使得消防人員難以接近火源,增加了滅火的難度。同時,電池組四周通常存在保護性構件,難以直接噴射到著火點,需要采用大量的水充分冷卻高壓供電源電池組外部,以防止火勢蔓延至相鄰電池單元。
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