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2022-04-08 点击量：261次
锂离子电池的失效风险：热失控
锂离子电池为何危险？从锂离子电池的基本运行原理中就可窥知一二。市面上绝大部分锂离子电池的重要成分除了正负极材料外，还有电解液与隔离膜。这些材料与结构的特殊组合造成了锂离子能在电池正负极中来回，形成充电与放电的用途。然而这些材料本身在高温下具有不稳定的特性，一旦遇到内短路或是其他情况引起的高温，就可以分解出构成燃烧的要件：氧与可燃物。若是这样出现的热无法散去，就会在电池内部持续循环加速反应，出现所谓的热失控，顾名思义就表示了这样的失效无法控制，相当危险。
随着锂离子电池的应用层面广，安全疑虑也因此扩大。一般手机仅使用了单颗电池，但电动汽车、储能系统等应用，动辄使用上千颗、上万颗，倘若一颗失效，就可能发生像是放鞭炮相同的连锁效应，一个接着一个，造成严重的伤害与损失。
因此，UL研发技术总监王凯鲁提醒，千万不可以假设锂离子电池一定是没有问题的，要使用锂离子电池，就必须了解它有一定的失效风险。而锂离子电池的用料、结构、系统设计绝对会影响热失控发生时的严重性。
电池失效案例与原因
UL以三星Note7起火与波音787飞安事件的电池失效调查发现为例，剖析电池失效事故的原因。
三星Note7电池问题，重要是来自两家不同的电池供货商在制程品管上分别发生问题。其一是在电池组装过程中，锂离子电池角落受压力变形，造成隔离膜无法有效阻隔正负极，而出现内部短路；另一则是锂离子电池极耳的超音波焊点突出部位未贴上绝缘胶带，造成内部短路起火，导致产品全面下架回收。
而波音787的锂离子电池则是由于铆钉的设计，受到飞机引擎与起降等震动使其接触不良，在高电流下使得局部发热造成隔离膜融化，同时系统设计未考虑电芯间泄压阀与失效热传递的影响，造成2013年在一个月内发生两起的飞安事件。
总观而言，UL提出锂离子电池会出问题的真正原因有二，一是在设计产品时，把电池当成了一般组件使用，但不同于以前的传统电池，锂离子电池本身存在不可抗的热失控问题必须被彻底了解，电池的质量也须进行严格控管；另亦没有考虑到什么样的环境下使用才安全，做出最适当的要求；二则是没有对电池失效做出最坏情况的打算，忽略了失效所可能出现的风险与严重性。
经深入分析后，这两个案例也开始重新思考看待锂离子电池的方式。三星从加强质量管控下手，也彻底去评估电池安全范围与失效后的损害。而波音则接受了电池会热失控的现实，从系统端着手改善，利用设计去缓解电池热失控后的失效蔓延。
锂离子电池安全应用新思维
锂离子电池确实存在不可控的潜在危险！因此，UL呼吁关于锂离子电池的安全要有新的思维模式，若要应用锂离子电池在产品上，就必须认清现实，锂离子电池一定有安全风险，不能当作一般组件使用，要懂得如何要求电池的安全性，一方面从质量把关着手，降低出问题的机率，一方面从设计着手，充分了解电池的特性，考虑安全使用范围，并思考可能失效的方式与严重程度，将缓解失效的模式设计出来，降低电池失效的严重性。
此外，UL认为预测失效相当重要，王博士重申，电池系统的失效模式应该是被设计出来的，完善的失效模式设计可以降低伤害的严重性。波音787的新电池设计就是最好的例子，将出现热失控的热能透过导管排到机身外，降低失效的严重性，有效控制失效后的损害。
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钜大特种锂离子电池工程研究中心是由东莞钜大电子有限公司兴建，并与中南大学、华南理工大学和东莞理工学院相关科研团队联合运营的特种锂离子电池产业化研发中心，研究中心秉持"以特殊环境、特殊用途和特殊性能的需求为导向，以产学研深度融合为创新驱动"的办院方针，力求满足用户独特的需要，从而为用户创造独特的价值。
