任可美，戴作強(qiáng)，鄭莉莉 ，李希超 ，冷曉偉

（1.青島大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院動(dòng)力集成及儲(chǔ)能系統(tǒng)工程技術(shù)中心，青島260071；2.中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所，青島 266101）

鋰離子電池從第一次投入市場(chǎng)商業(yè)化應(yīng)用開始，因其高電壓和高比能量等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。但隨著鋰離子電池應(yīng)用的不斷推廣，各種鋰離子電池也暴露出許多安全問題，電池著火、爆炸、傷及人員等事故不斷發(fā)生[1]：如戴爾筆記本使用的索尼公司生產(chǎn)的鋰離子電池由于存在安全隱患而發(fā)生爆炸[2]，三星公司生產(chǎn)的智能手機(jī)Note 7由于鋰離子電池原因而發(fā)生爆炸的事故。鋰離子電池被認(rèn)為是電動(dòng)汽車的理想電池，也被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備以及航空航天事業(yè)[3-4]，因此鋰離子電池的安全問題備受關(guān)注。

引起電池著火、爆炸的原因有加熱、過充、刺穿、過放、短路、擠壓等[5]。研究鋰離子電池致爆時(shí)間對(duì)電池在濫用條件下將要發(fā)生爆炸時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)以及預(yù)防傷及人員有重要意義，掌握好鋰離子電池致爆時(shí)間可以從事故現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)撤離或采取及時(shí)補(bǔ)救措施，把人員傷亡率或財(cái)產(chǎn)損失率降到最低。

本文研究了導(dǎo)致鋰離子電池爆炸的原因，介紹了鋰離子電池?zé)崾C(jī)理和致爆時(shí)間。

1 鋰離子電池爆炸失效機(jī)理

導(dǎo)致鋰離子電池爆炸的原因很多，究其原理主要是電池內(nèi)部組件發(fā)生化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)，放出大量的熱和氣體。電池內(nèi)部正、負(fù)極活性物質(zhì)以及電解液等在正常使用條件甚至濫用條件下均會(huì)發(fā)生反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)異常時(shí)會(huì)導(dǎo)致電池溫度升高，加劇內(nèi)部反應(yīng)，生成更多氣體與熱，電池內(nèi)部氣壓升高，最終致使電池鼓包、著火甚至爆炸[5]。

鋰離子電池著火、爆炸均屬于電池失效，不同的電池有不同的失效原因，但最終還是因?yàn)殡姵貫E用生成熱，放出氣體。文獻(xiàn)[6]總結(jié)了鋰離子電池的失效原理，即：電池在80～90℃時(shí)是安全的；溫度升高到90～120℃之間時(shí)SEI膜開始分解，釋放熱量，溫度升高；溫度達(dá)到120～130℃時(shí)，保護(hù)層SEI膜遭到破壞，負(fù)極嵌入鋰與電解質(zhì)反應(yīng)，溫度升高，隔膜融化關(guān)閉；130～140℃期間，PE隔板開始熔化；溫度繼續(xù)升高至150℃以上后，LiCoO2開始分解并釋放氧氣；溫度達(dá)到160℃以上時(shí)，LiNi0.8Co0.15Al0.5O2開始分解并釋放氧氣；160～170℃，PP隔板熔化；電池溫度達(dá)到200℃以上時(shí)，LiPF6和溶劑緩慢反應(yīng)，電解液開始分解并產(chǎn)生可燃性氣體；200℃以后正極材料分解；210℃以上時(shí)LiCoxNiyMnzO2開始分解并釋放氧氣；240～250℃時(shí)LiC6與粘結(jié)劑以及電解液反應(yīng)；溫度進(jìn)一步升高至265℃以上，LiMnO2開始氧化并釋放氧氣；310℃以上LiFePO4開始分解并釋放氧氣。在反應(yīng)發(fā)生過程中，電解液與正極反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣劇烈反應(yīng)并進(jìn)一步使電池發(fā)生熱失控。Doughty[7]將電池發(fā)生著火爆炸等熱失控現(xiàn)象分為3個(gè)階段：第1階段為電池內(nèi)部熱失控階段；第2階段為電池鼓包階段；第3階段為電池?zé)崾Э?，爆炸失效階段。

2 鋰離子電池爆炸時(shí)間分析

2.1 加熱引起的爆炸

鋰離子電池加熱測(cè)試也稱熱沖擊測(cè)試，測(cè)試電池的耐熱性能。測(cè)試時(shí)一般將電池放在加熱箱中，將加熱箱加熱到一定溫度后保持溫度不變，觀察電池在這個(gè)溫度下的反應(yīng)。Spotnitz等[8]分析了鋰離子電池在加熱情況下幾個(gè)階段的放熱反應(yīng)。首先是SEI膜分解階段，SEI膜是保護(hù)負(fù)極電解液與溶劑反應(yīng)的一層保護(hù)膜，當(dāng)電池溫度升高至90～120℃時(shí)，SEI膜發(fā)生分解反應(yīng)放出熱量。接下來是嵌入鋰與電解液的反應(yīng)階段，當(dāng)溫度高于120℃時(shí)，SEI膜的保護(hù)作用失效，嵌入鋰與電解液接觸，發(fā)生反應(yīng)放出熱量。隨著上一階段反應(yīng)放出的熱量積累，電池溫度繼續(xù)升高到達(dá)第3階段，即嵌入鋰與氟化粘結(jié)劑的反應(yīng)放熱階段。當(dāng)溫度大于200℃時(shí)，進(jìn)入電解液放熱分解的第4階段。溫度繼續(xù)升高，正極活性材料開始氧化分解，放出大量的熱與氧氣，釋放出的氧氣與電解液反應(yīng)進(jìn)一步放熱?；蛘咴诘?階段正極活性材料直接與電解液反應(yīng)，放出大量的熱。

陳玉紅等[9]用0.5C充電倍率對(duì)LiCoO2/C電池恒流充放電3個(gè)循環(huán)后，再恒流恒壓充電至4.2 V，在恒溫箱中加熱至150℃，并保持恒溫箱溫度不變。當(dāng)電池在恒溫箱中加熱27 min時(shí)，電池表面溫度急劇增至260℃，電池著火爆炸。楊中發(fā)等[10]對(duì)鋰亞硫酰氯（Li/SOCl2）電池的高溫性能進(jìn)行了研究。將電池放在150℃的恒溫沙浴中，1.0 A恒流放電，279 min放電結(jié)束，電池沒有出現(xiàn)著火爆炸等現(xiàn)象。對(duì)另一個(gè)電池繼續(xù)恒溫加熱，同樣以1.0 A恒流放電，放電70 min時(shí)電池爆炸，爆炸前電池表面溫度達(dá)到277.8℃。

羅慶凱等[11]研究了18650型鋰離子電池的熱失控現(xiàn)象。對(duì)不同電量分別為0%、20%、40%、80%、99%和≥100%（100%表示電池過充1 h）的電池進(jìn)行了恒定加熱功率為20 W的加熱測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在相同加熱條件下，電池電量越大電池出現(xiàn)熱失控的溫度越高，電池電量為0%時(shí)電池不會(huì)發(fā)生熱失控現(xiàn)象；電池發(fā)生熱失控的時(shí)間在1 200～1 750 s。同時(shí)研究了鋰離子電池不同充電電流對(duì)熱失控的影響。相對(duì)安全的充電電流（＜2.6 A）不會(huì)使電池發(fā)生熱失控，當(dāng)充電電流超過2.6 A時(shí)，電池出現(xiàn)熱失控現(xiàn)象，1 000 s左右電池就會(huì)著火爆炸，釋放大量氣體和能量。

Tobishima等[12]對(duì) LiCoO2和 LiMn2O4鋰離子電池進(jìn)行了加熱測(cè)試，測(cè)試電池的額定容量為500～600 mA·h。根據(jù)鋰電池的安全標(biāo)準(zhǔn)（美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所）以及自動(dòng)聚焦相機(jī)電池安全性標(biāo)準(zhǔn)（日本電池與家電行業(yè)聯(lián)會(huì)）規(guī)定，將電池加熱到160℃與165℃。電池在恒溫箱中從室溫開始加熱，以5℃/min的速率加熱到指定溫度，達(dá)到指定溫度后恒溫箱保持這個(gè)溫度 3 h。將容量為 570 mA·h的LiCoO2/C電池正常充電至4.13 V后放在恒溫箱中加熱到165℃，保持165℃45 min時(shí)電池表面溫度迅速升到200℃，電池發(fā)生爆炸，而在160℃的加熱爐內(nèi)50 min后電壓驟降為0 V。另一組加熱測(cè)試中，對(duì)額定容量為580 mA·h的LiCoO2商用鋰離子電池進(jìn)行了加熱測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電池在160℃恒溫箱中加熱60 min后發(fā)生爆炸，電壓降為0 V，在155℃爐中相對(duì)較安全，沒有發(fā)生熱失控現(xiàn)象。但在對(duì)容量為560 mA·h的LiMn2O4電池正常充電至4.25 V后進(jìn)行加熱測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，在170℃恒溫箱中電池在40 min時(shí)電壓降至0 V，3 h的加熱測(cè)試中電池發(fā)生鼓包現(xiàn)象但未爆炸。Spotniz等[8]在試驗(yàn)研究LiNiCoO2/C（容量為 160 mA·h/g）與 LiMn2O4/C（容量為115 mA h/g）等高能量電池濫用表現(xiàn)時(shí)，進(jìn)行了加熱測(cè)試。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電池在175℃的爐內(nèi)加熱到3 min時(shí)SEI膜開始分解、放熱，43 min時(shí)LiNiCoO2/C電池爆炸，LiMn2O4/C在溶劑分解完成，105 min時(shí)爆炸。

Tobishima等[13]對(duì)沒有任何保護(hù)措施、電池容量為1 270 mA·h、試驗(yàn)前正常充滿電的圓柱電池分別放在150℃與155℃的加熱爐內(nèi)進(jìn)行加熱測(cè)試。150℃加熱測(cè)試時(shí)電池未發(fā)生冒煙等熱失控現(xiàn)象，在155℃加熱測(cè)試時(shí)電池冒煙。155℃加熱測(cè)試時(shí)，觀察測(cè)得在1.70 h電池表面溫度突然升高到250℃，此時(shí)電池?zé)崾Э亍：髞黼姵販囟扔纸档綘t溫155℃。電池的電壓變化較為復(fù)雜，在1.70 h電壓由3 V驟降到0 V。

不同電池在不同溫度下的爆炸時(shí)間總結(jié)如表1所示。

2.2 過充引起的爆炸

過充是電池實(shí)際使用過程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生的情況，因此研究電池過充導(dǎo)致的爆炸意義很大。有很多研究者對(duì)電池過充濫用而導(dǎo)致爆炸進(jìn)行了研究。Ohsaki等[14]總結(jié)了鋰離子電池在過充過程中的內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理。過充第1階段，金屬鋰從陰極析出聚集在陽極，隨著陽極聚集的金屬鋰的增多電池電壓逐漸升高，電池外表面的溫度相對(duì)較低，產(chǎn)生少量的氣體；第2階段，陰極金屬幾乎析出100%，因?yàn)殛帢O電阻升高電池阻抗也相應(yīng)升高，電池溫度開始升高，電解液分解；第3階段，析出金屬鋰的負(fù)極與電解液發(fā)生放熱反應(yīng)，使電池溫度迅速升高，內(nèi)部溫度高于60℃，反應(yīng)加快，釋放大量CO2；最后階段，當(dāng)電池溫度升高至聚乙烯分離器的分解溫度（130～135℃）時(shí)，電池電流快速下降，電池溫度下降。相反地，2C電流過充的鋰離子電池溫度急劇變化，導(dǎo)致金屬鋰與電解液劇烈反應(yīng)，這種劇烈反應(yīng)會(huì)使電池?zé)崾Э?、炸裂?/p>

表1 不同電池在不同溫度下的爆炸時(shí)間Tab.1 Explosion time of different batteries at different temperatures

陳玉紅等[5]用2C、10 V對(duì)一塊設(shè)計(jì)的容量為800 mA·h的LiCoO2/C電池進(jìn)行過充試驗(yàn)，從而得到電壓-時(shí)間（V-min）曲線（如圖1）和溫度-時(shí)間（℃-min）曲線（如圖2）。試驗(yàn)得出，在充電開始階段電池電壓穩(wěn)定在4.5～5 V，溫度也穩(wěn)定在23℃附近，但在36 min時(shí)，溫度、電壓急劇升高，電池著火爆炸。電池電壓急劇升高時(shí)間先于溫度急劇升高時(shí)間。

圖1 LiCoO2/C過充電壓-時(shí)間曲線Fig.1 V-t curves of LiCoO2/C cells during overcharge

圖2 LiCoO2/C過充溫度-時(shí)間曲線Fig.2 T-t curves of LiCoO2/C cells during overcharge

楊娟玉等[15]在對(duì)LiMn2O4單體電池的安全性能研究時(shí)進(jìn)行了過充測(cè)試，電池在100%SOC下充電倍率為1.0C，過充至5.00 V。電池在24 min左右溫度達(dá)到89.0℃，此時(shí)對(duì)電池進(jìn)行穿刺實(shí)驗(yàn)，用直徑為5 mm的鋼針快速刺穿單體電池中部，電池安全閥開啟噴射出大量氣體。

劉麗華等[16]對(duì)4組鋰離子電池（LiCoO2/C）進(jìn)行過充測(cè)試。在參與充電的電池中只有1組電池（3.7 V，500 mA·h）發(fā)生爆炸，過充倍率為2C。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在過充過程中，當(dāng)電池電流、電壓穩(wěn)定在1.0 A、7.4 V不再變化30 min后過充結(jié)束，電池著火、爆炸。單明新等[17]分別以2C、3C和5C對(duì)3元鋰離子電池進(jìn)行過充實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)這3種充電電流導(dǎo)致電池爆炸的時(shí)間分別為9.42、8.42和3.60 min。著重對(duì)2C過充電池進(jìn)行了研究，將電池溫度變化區(qū)域分為溫度平穩(wěn)區(qū)（0～2.65 min）、溫度緩慢上升區(qū)（2.65～9.40 min）以及溫度驟變區(qū)3個(gè)階段。電池發(fā)生爆炸后，電池的燃燒持續(xù)時(shí)間約為13.7 min。Tobishima等[12]用2C將LiCoO2電池過充至10 V，過充測(cè)試進(jìn)行到15 min時(shí)，溫度上升到最高120℃；3C過充LiMn2O4電池進(jìn)行到8 min時(shí)，溫度升到最高122℃。兩種測(cè)試最終結(jié)果均是電池嚴(yán)重鼓包。

Ye等[18]研究了鋰離子電池在絕熱條件（模擬通風(fēng)散熱不良的極端工作條件）下過充時(shí)的放熱反應(yīng)和失效機(jī)理。在充滿氬氣的手套箱里組裝了3種額定容量均為1.0 Ah的鋰離子電池，電極材料分別為：LiCoO2/C、Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2/C 以及 SiOx，并對(duì)模擬室溫環(huán)境和絕熱環(huán)境的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。在室溫環(huán)境下，一個(gè)電池恒電流充電，直到電池徹底破壞；另一個(gè)電池采用恒流-恒電壓-恒流的方式充電，恒電壓為4.2 V，截止電流為40 mA。在此基礎(chǔ)上，所有的電池提前進(jìn)行了3個(gè)充電循環(huán)（充電：電流 0.2C、電壓 4.2 V；放電：電流 0.2C，電壓 2.8 V）。絕熱環(huán)境下的電池使用條件與室溫環(huán)境一樣。得到的結(jié)論為：室溫環(huán)境下進(jìn)行過充試驗(yàn)時(shí)，4個(gè)位置的熱電偶測(cè)得的溫度/電壓-時(shí)間曲線分為6個(gè)階段，如圖3所示，由圖中發(fā)現(xiàn)2個(gè)放熱峰，進(jìn)行到5.5 h時(shí)，電池嚴(yán)重鼓包但未破裂；絕熱環(huán)境下得到的溫度/電壓-時(shí)間曲線分為4個(gè)階段，如圖4所示?？梢姷?階段電池持續(xù)充電至5.1 V；第2階段電壓快速升高，溫度上升速度也加快；第3個(gè)階段比較重要，是電池發(fā)生熱失控的關(guān)鍵階段，電壓由第2階段的5.3 V降到5.0 V后又迅速降至0 V；在第4個(gè)階段（320 min）電池發(fā)生熱失控現(xiàn)象，著火甚至爆炸。繼續(xù)對(duì)電池分別以 0.1C、0.2C、0.5C、1.0C、2.0C電流充電，發(fā)現(xiàn)電流大于0.2C時(shí)即有過充危險(xiǎn)，對(duì)比可得，恒流充電比恒流-恒電壓-恒流充電穩(wěn)定。

圖3 室溫環(huán)境下0.5C過充試驗(yàn)的電壓、溫度與時(shí)間曲線Fig.3 Curves of voltage and temperature vs time for 0.5C overcharge test at ambient temperature

圖4 絕熱環(huán)境下0.5C過充試驗(yàn)的電壓、溫度與時(shí)間曲線Fig.4 Curves of voltage and temperature vs time for 0.5C overcharge test under adiabatic condition

Ohsaki等[14]對(duì)633048型鋰離子電池進(jìn)行了過充試驗(yàn)，充電電流為1C，當(dāng)電壓充至5.3 V時(shí)達(dá)到頂峰，后來又有輕微下降。電池表面溫度開始一直維持在較低水平，50 min后電池表面溫度開始逐漸升高，達(dá)到最高溫度110℃后又降下來。與1C電流充電不同，當(dāng)用2C電流充電時(shí)電池會(huì)發(fā)生熱失控現(xiàn)象。Kitoh等[19]對(duì)LiMn2O4/C圓柱型電池進(jìn)行的過充試驗(yàn)，采用充電電流1C，最大電壓可達(dá)10 V。電池是安裝有安全閥、分離器等安全裝置的電池，當(dāng)電池表面溫度達(dá)到100℃時(shí)，28 min左右電流顯著下降，分析原因可能是分離器關(guān)閉，安全裝置起作用。

王莉等[20]對(duì)市場(chǎng)銷售的LiCoO2手機(jī)電池進(jìn)行了過充試驗(yàn)（電流1C），試驗(yàn)電池的額定容量為400 mA·h。電池在7 870 s時(shí)達(dá)到最高溫度550℃，電池?zé)崾Э厝紵?。在電池?zé)崾Э厝紵?，電池發(fā)生了不同的反應(yīng)。7 848 s之前電池溫度一直穩(wěn)持在低于150℃的水平，這段時(shí)間之后，電池由于正負(fù)極短接溫度迅速上升，緊接著發(fā)生大量放熱反應(yīng)，電池溫度在25 s內(nèi)迅速升高到550℃。同時(shí)組裝了一組加有電解液阻燃添加劑、表面帶有安全措施的電池，對(duì)其進(jìn)行過充測(cè)試。此組裝電池是根據(jù)市場(chǎng)銷售的手機(jī)電池進(jìn)行改裝的，電池額定容量為600 mA·h。自制電池在10 040 s時(shí)達(dá)到最高溫度120℃，然后溫度開始下降，電池未發(fā)生燃燒等熱失控現(xiàn)象，只是發(fā)生輕微變形，與市銷電池形成對(duì)比，說明本文提出的提高電池安全性的措施確實(shí)有效。Tobishima等[13]設(shè)置了對(duì)比試驗(yàn)，分別以 1C、1.5C、2C、3C電流、10 V電壓對(duì)電池進(jìn)行過充測(cè)試，測(cè)試電池額標(biāo)準(zhǔn)容量為600 mA·h。發(fā)現(xiàn)1C與1.5C充電電流的電池鼓包但安全閥未開啟，也沒有冒煙。但是2C與3C充電電流的電池嚴(yán)重鼓包，安全閥開啟、冒煙。著重觀察了2C電流過充的電池，在40 min時(shí)電池表面溫度急劇上升到340℃，安全閥開啟、冒煙，而且在40 min之前不久，電池電壓突然上升至10 V后又降為0 V。

Qian 等[21]在研究利用 Polyimide（PI）粘結(jié)劑對(duì)鋰離子電池安全性的影響時(shí)作了對(duì)比測(cè)試。試驗(yàn)方法是分別對(duì)使用PI與PVDF粘結(jié)劑的2 A·h鋰離子電池進(jìn)行充電電流1C的過充試驗(yàn)。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可信度，試驗(yàn)前將電池進(jìn)行3個(gè)充放電循環(huán)，對(duì)同一個(gè)試驗(yàn)反復(fù)做了3次。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用PVDF粘結(jié)劑的電池過充至54 min時(shí)表面溫度達(dá)到1 000℃，劇烈燃燒。相比之下，使用PI粘結(jié)劑的電池溫度一直低于85℃，在83 min達(dá)到最大溫度83℃，電池雖然明顯鼓包但未燃燒。

不同電池不同過充倍率的電池爆炸、熱失控的時(shí)間如表2所示。

2.3 穿刺與撞擊引起的爆炸

穿刺試驗(yàn)被認(rèn)為是仿真電池內(nèi)短路很好的一種方法[13]。電池內(nèi)短路是電池在極端使用條件下，電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，可以使電池在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)，放出大量的熱與氣體，從而使電池著火、爆炸。

楊娟玉等[15]用直徑為5 mm的鋼針快速刺穿一個(gè)充滿電的單體電池中部，電池是自己組裝的圓柱形鋰離子電池，容量為17 Ah。當(dāng)刺針穿過電池后，電池安全閥開啟但未爆炸。還將一個(gè)重10 kg的鐵棒從電池垂直上方1 m高的地方放下?lián)糁须姵?，電池表面溫度上升?20℃，安全閥開啟。Kitoh等[19]用1 mm/s的速度穿透電池容量為100%SOC的電池，電池安全閥立刻開啟，電池表面溫度在1 min內(nèi)達(dá)到380℃，未著火。

Tobishima等[13]同樣對(duì)LiCoO2鋰離子電池進(jìn)行了穿刺實(shí)驗(yàn)，電池著火、爆炸。用直徑為2.5 mm的刺針來刺穿方形商用電池。在對(duì)過充電池進(jìn)行穿刺試驗(yàn)時(shí)，4.5 min后電池溫度升高至160℃，冒煙，電壓突降為0 V。而當(dāng)刺穿正常充電的電池時(shí)，電池溫度基本維持在30℃左右，未冒煙。在做撞擊試驗(yàn)時(shí)用直徑為10 mm的鐵棒落下?lián)舸蛟谝蜒h(huán)8 000次充滿電的電池上，未冒煙。Li等[22]對(duì)商用鋰離子電池進(jìn)行了落錘實(shí)驗(yàn)。用5 kg的鐵砧從1 m的高度打到70%SOC的商用電池上，發(fā)現(xiàn)電池雖未發(fā)生爆炸，但在實(shí)驗(yàn)結(jié)束3 min時(shí)電池表面溫度達(dá)到120℃。

表2 不同電池過充總結(jié)Tab.2 Summary of different batteries in overcharge test

2.4 外短路引起的爆炸

Kitoh等[19]選用 3種不同阻抗（0.2 mΩ、6.0 mΩ、11 mΩ）的導(dǎo)線外接電池進(jìn)行外短路試驗(yàn)。用0.2 mΩ導(dǎo)線短接時(shí)導(dǎo)線燒毀；用6.0 mΩ導(dǎo)線短接時(shí)電池表面溫度達(dá)到120℃，80 s時(shí)安全閥開啟，電池繼續(xù)以小電流放電；11 mΩ短接時(shí)，電池能夠正常放電，表面溫度沒有達(dá)到100℃。Spotniz等[8]對(duì)高能量電池LiNiCoO2/C、LiMn2O4/C電池進(jìn)行了外短路試驗(yàn)，當(dāng)電池溫度上升到使正極發(fā)生熱分解時(shí)，電池在5.5 min發(fā)生爆炸。

綜上所述，鋰離子電池在極端工作或未按規(guī)定使用等條件下會(huì)發(fā)生著火、爆炸等安全事故，導(dǎo)致著火、爆炸等安全事故的原因主要有加熱、過充、過放、短路、沖擊等。加熱導(dǎo)致的著火、爆炸等安全事故主要是電池受熱內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)釋放大量熱與氣體或電池內(nèi)部某種材料達(dá)到著火點(diǎn)而著火、爆炸；過充導(dǎo)致的電池著火、爆炸等安全事故與電池加熱有相似之處，其內(nèi)部反應(yīng)與電池內(nèi)短路也有相似之處。隨著電池過充的進(jìn)行，電池內(nèi)部同發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，釋放大量的熱與氣體，隨著氣體與熱量的積累，電池鼓包、著火甚至爆炸。

2.5 正確使用鋰離子電池的注意事項(xiàng)

安全使用電池，防止電池著火、爆炸等安全事故的發(fā)生。首先，要購買正規(guī)廠家生產(chǎn)的正規(guī)、安全電池；其次，使電池處在良好的通風(fēng)、散熱環(huán)境中，保證電池工作時(shí)的溫度不超過電池內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)等的溫度，如果發(fā)現(xiàn)電池溫度過高，則要想辦法為電池降溫或必要時(shí)暫停使用電池，以保證安全；再次，充電時(shí)要用與電池配套的充電設(shè)備，按規(guī)定充電，防止電池發(fā)生過充現(xiàn)象，一旦過充立即停止充電；最后，要保證正確使用電池不要用尖銳或重物撞擊電池，可以在保證電池良好的通風(fēng)、散熱等條件下在電池外部加保護(hù)罩，防止電池外部損傷而導(dǎo)致安全事故。

3 結(jié)語

通過對(duì)鋰離子電池著火、爆炸機(jī)理以及爆炸時(shí)間的研究總結(jié)，更好地了解鋰離子電池的失效原理以及鋰離子電池著火、爆炸的嚴(yán)重性。鋰離子電池著火、爆炸是鋰離子電池最大的安全隱患，對(duì)鋰離子電池爆炸機(jī)理與爆炸時(shí)間的研究一般通過模擬電池不同工作環(huán)境與使用條件展開。當(dāng)電池在溫度較高的環(huán)境（加熱條件）中工作時(shí)，電池內(nèi)部正負(fù)極活性物質(zhì)、電解液等發(fā)生化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)，使電池溫度進(jìn)一步升高，放出大量氣體、反應(yīng)物等，保持一段時(shí)間后最終導(dǎo)致電池著火、爆炸。如果不能正確給電池充電，或使用破損、不對(duì)應(yīng)的充電器對(duì)電池充電（過充）也會(huì)造成電池著火、爆炸。過充會(huì)使電池正極析出更多鋰，與電解液反應(yīng)，放熱、生成氣體，過充到一定時(shí)間電池會(huì)失效，著火、爆炸。如果不正確使用電池，致使電池遭到擠壓，內(nèi)、外短路或重物擊打等，會(huì)使電池瞬間或者短時(shí)間內(nèi)電流電壓升高、歐姆極化放出大量熱與氣體，同樣會(huì)使電池著火、爆炸。因此，掌握電池爆炸機(jī)理與爆炸時(shí)間，可以提高電池安全使用與濫用防范意識(shí)。