锂电池起火的原因是什么？

在动力锂电池普及应用的初期，由于对电池性能认识不足，自身设计相关经验的缺乏以及使用者对系统的不熟悉，出现过一些事故。加之电动汽车这种新兴势力时时刻刻活在观察者眼光下的处境，使得锂离子电池火灾影响尤为广泛。

锂离子电池起火原因，可以划分成两个大部分，自身原因和外部原因。自身原因重要是指自身材料、结构热稳定性的好坏，对火灾发生与否的影响；外部原因，指各种滥用手段，引发的锂离子电池火灾。

1.1自身原因

锂离子电池由正极材料，负极材料和电解液组成，这几部分的热稳定性，直接影响着电芯发生热失控的可能性。

负极材料的热稳定性的影响因素

目前应用的负极材料，绝大部分是碳材料。在高温条件下，石墨容易与电解液发生反应，尤其电池荷电量高的状态，LiC6更是能够提升反应的激烈性。

有研究发现，负极开始反应放热的温度起点，与碳材料的颗粒度有关，颗粒越大，其开始反应的温度就越高，也就越安全。同时，不同结构的碳材料参与电解液的反应，其放热量并不相同，石墨就比无定型碳（重要指软碳和硬碳）放热量大。

正极材料热稳定性的影响因素

当前应用广泛的锂离子电池正极材料，都是锂的化合物。磷酸铁锂，锰酸锂和三元锂，假如泛泛的说，三者的安全性是从高到低排列的。而有人专门对正极材料在这些电池安全性中的影响做了研究。

研究认为，锂的化合物分子式中，锂的含量越高，其热稳定性就越差，开始与电解液反应的温度就越低。有个定量的比较，分子式中各个原子的比例系数，当锂的系数是0.25时，其反应温度为230℃；假如这个数值变成1，其起始反应温度就变成了170℃。此外，假如正极材料中含有除了锂以外的其他金属元素，则含锰元素的正极材料比含镍元素的正极材料热稳定性好。

电解液热稳定性影响因素

电解液可以说是热稳定性问题的核心，它的稳定性直接影响整个体系的稳定性。有人针对电解液的热稳定性做了一些列研究，结果表明：

电解液中的碳酸二甲酯含量越高，其热稳定性越差，越容易与正负极材料发生反应；电解液与越多类型材料相容性差，也就是在较低的温度下可以与多种不同的盐类发生反应，说明它越活泼，其热稳定性就越差。

老化带来的热失控

老化是一个综合的过程，负极SEI膜结构老化，出现破损，引发自生热过程；负极锂枝晶堆积，造成内短路或者遇到高温环境与电解液激烈反应。老化带来的内阻上升，使得热积累出现的概率上升。总的来说，老化与热失控风险存在正相关性。

1.2各种滥用下的热失控因素

锂离子电池的滥用，一般指由于意外事故或者管理系统故障造成对电池不恰当的使用。常见的类型包括：过度充电，高温环境，外部短路和外部用途造成的内短路。

过充电，有研究者认为，在过充条件下的热失控发生温度，取决于正极材料失去过多的锂离子以后，其结构的稳定性；但也有研究指出，过多的锂单质无法嵌入负极而沉积在负极表面，锂枝晶不断生长，一方面刺破隔膜造成局部短路，另一方面锂单质与电解液发生反应，放出大量的热。总之，过充电是锂离子电池火灾的一个重要源头。

高温环境，比如烈日下的汽车内，温度可以高达130℃至150℃。在这样的温度下，锂离子电池内部可能出现几个方面的风险。首先是负极SEI膜的溶解，这个过程一般被认为是自生热的开始。另外一个因素是一些质量一般的隔膜，在这个温度开始局部融化收缩，隔膜的破损将是大规模内短路的开始。

外部短路，研究人员把钴酸锂单体电芯进行直接短路，电芯温度快速上升至70℃到80℃之间，电量被耗尽。文献推断，假如是大规模成组电芯的短路，散热条件没有单体好，则温度会进一步升高，甚至出现热失控。

内短路，这个名字用在这里，特指由于挤压针刺等外部原因造成的电池内部短路。由于外力用途的随机性，可能出现的短路包括以下四种情况：正极集流体铝箔与负极材料短路，正极材料直接与负极材料短路，正极集流体铝箔与负极集流体铜箔短路，正极材料与负极集流体铜箔短路。研究结论，负极材料与正极集流体铝箔短路情形最为凶险，由于阻值小，短路电流大，散热不利，这种情形最易发生起火事故。

2锂离子电池火灾的特殊之处

锂离子电池火灾，是最近几年电动汽车大发展后才越来越多出现在人们视野的火灾类型，关于消防人员来说，有着与其他火灾不尽相同的特点。

首先，锂离子电池火灾温度高，假如是厂或者仓库起火，其烟气浓，能见度低，对消防人员观察火情不利；

其次，大规模生产存放锂离子电池的场所，一旦起火，周边的锂离子电池极易出现连锁反应，且发展迅速，很难控制；

再次，某些类型的锂离子电池燃烧的出现的烟气，其中含有有毒气体；

最后，使用大量的水灭火，成为一种两难的手段。一方面，火场温度高，即使火势熄灭后，也要大量的水降温；但锂离子电池被水淹没，可能引发短路，展开下一段热失控。

3灭火剂

针对锂离子电池的灭火研究，已经在国内引起了重视。十月底的一个汽车行业展览会上，不止一个报告是探讨锂离子电池火灾研究成果的，但暂时只是针对锂离子电池火灾的特点进行归纳，具体灭火手段的研究还不太深入。

具体灭火手段研究方面，走在前面的是德国，美国和英国。

德国，针对电动汽车火灾的扑救，进行过比较实验。结果发现，电动汽车火灾可以用水扑灭，但是耗水量大。添加F-500和Firesorb添加剂后，灭火效果大为改观。

美国的研究发现，锂离子电池火灾本质上是热失控引起的，灭火手段中降温是一个重点。针对便携式设备的锂离子电池起火，筛选实验结果显示，水基灭火剂降温效果最好，气体及干粉类灭火剂效果不佳。

英国重要是针对特种过程中的便携设备锂离子电池起火进行实验，筛选出的灭火剂类型为Halon和FE-36，并规定使用它们处置航班上发生的锂离子电池起火。