据多家媒体报道,日前,一辆城际公交车行驶在104国道南京段,突然间车辆起火,造成2死5伤。后经调查,公交车起火是由于一名乘客将锂电池电瓶放入背包中,司机并未发现,锂电池电瓶发生自燃。锂电池引起火灾已经多次被报道,安全隐患就在我们身边。锂电池的自燃风险如何产生?是否有改进方案,使其自燃风险大大降低?
南京工业大学材料科学与工程学院教授杨晖向《中国科学报》介绍了锂电池发热原理。
由锂电池自放热反应导致的电池热失控,已成为制约锂电池进一步发展应用的瓶颈。2022年9月29日,成都某小区新能源汽车在充电过程中发生爆炸,致两人受伤。2023年6月6日,杭州一辆新能源车碰撞收费站设施后迅速起火,造成4人死亡。然而,目前正在开发的高安全、高能量密度的半固态、全固态锂电池,因存在生产环境要求严苛、生产过程烦琐复杂、良品率低、价格昂贵等问题,迟迟不能量产。
为了控制锂电池爆炸带来的风险,按照规定,额定能量超过160Wh的充电宝不能携带上飞机。高铁出行时携带充电宝需满足标志清晰可见且单块额定能量不超过100Wh的要求。乘客乘坐客运班车时所携带的充电宝、锂电池数量不得超过5块、单块额定容量不得超过20000mAh。南京工业大学材料科学与工程学院博士生汤进介绍道,国标《电动汽车用动力蓄电池安全要求》已明确规定在电池包中设置电池监测及早期预警系统。
当下防范锂电池爆炸主要有电池冷却系统、细水雾热失控防护、泄压抑爆系统和电池隔热系统四种方法。电池冷却系统通过风冷、液冷、直冷等热管理调节电池组温度,避免电池过热,或在电池发生热失控时为系统迅速降温,延缓热失控蔓延。细水雾热失控防护是在电池包中设置灭火装置,在发生电池火灾时通过喷射七氟丙烷和全氟己酮灭火剂,抑制锂离子电池热失控前期的火势蔓延。
泄压抑爆系统是在电池发生热失控时主动排风,利用惰性气体控制预制舱内可燃气体浓度、降低可燃气体极限氧浓度,以防止爆炸发生。
南京工业大学材料学院博士生吴新远说,在电池/模组间使用电池隔热片,抑制热量向周围电池传递,延缓热失控蔓延,力求哪怕“城门”失火也不会殃及“池鱼”。气凝胶毡成为隔热“明星”,较之其他隔热材料,气凝胶毡凭借更低的导热系数、更好的耐高温性能脱颖而出,成为目前主流电池隔热片“新宠”。
此外,南京工业大学材料科学与工程学院教授沈晓冬告诉《中国科学报》,复合相变材料可以吸收电池热失控散发的热量,对延缓热失控蔓延也具有显著效果。
今年5月,沈晓冬团队研发的新型气凝胶毡产品问世,并在江苏珈云新材料有限公司完成A轮融资,实现了高性能氧化硅气凝胶系列产品量产。汤进表示,如果这起事故的电瓶中使用了气凝胶毡隔热材料,单块电池发生热失控时所释放的有限能量就会被阻断,不会迅速热蔓延至相邻电池引发爆燃,有望给予乘客充足的时间逃生。该火灾甚至有可能在早期被扑灭,而不会引起电动公交车自燃、导致重大的人身安全和财产事故。