降低锂离子电池的火灾和爆炸风险

2013年1月7日,一架波音787飞机上的保洁人员发现飞机后舱冒烟。一名机修工在经过仔细检查后,发现火灾源自APU电池外壳的盖子。所幸这架飞机当时停在美国洛根国际机场,因此183名旅客和11名机组人员均未受伤。

九天后的2013年1月16日,另一架波音787飞机因出现主锂离子电池事故而不得不紧急降落在日本高松机场。

因此,联邦航空管理局(FAA)在NTSB(美国国家运输安全委员会)开展调查前,停飞了整个787“梦幻客机”机队。

被忽视的严重问题

NTSB调查发现,火灾最可能的原因是锂离子电池发生内部短路。这种短路导致“热失控”,造成相邻电池温度升高,从而导致过热、火灾甚至爆炸。

波音787飞机是第一架使用大型锂离子电池的飞机,经过一番艰难排查,发现其存在一定的局限性。总结如下:波音、FAA和电池制造商并未完全理解锂离子电池的相关风险。

然而,这不是锂离子电池第一次在飞机上引发问题。就在今年,FAA发布了一份在线清单,列出了从1991年3月至2019年5月22日发生的258起独立事件,其中包括锂离子电池导致的烟雾、火灾、过热或爆炸。自2016年4月以来,国际民用航空组织一直实施有关锂离子电池航空运输的严格法规——美国今年也已效仿此项举措。

那么,为什么锂离子电池如此危险?制造商可采取哪些措施来降低风险?

什么原因导致锂离子电池过热?

NTSB调查发现,电池发生的内部短路会导致火灾。短路会导致电流过大,使电池过度加热,从而使之点燃。如今,人们普遍认为,电池内异物产生的细小金属颗粒是导致短路的原因。产生这种现象的方式如下:

  1. 化学短路

在这种情况下,阴极附近的电解质内尺寸为20µm至50µm的微小金属颗粒发生电离。电离原子带正电荷,表明它们会被吸引至阳极。在向阳极移动时,它们会穿透电池隔板,从而导致阴极至阳极侧发生短路。

  1. 物理短路

如果阴极电解质中存在大金属颗粒(如尺寸超过100µm),则它们的尺寸大到足以在隔板上打孔,并将电流直接从阴极传送至阳极侧,从而再次发生短路。

为确保安全操作,电池制造商和电池组件提供商必须检查并减少生产中的金属异物。必须将异物保持在最低限度的区域如下:

  • 阳极和阴极材料
  • 导电增强剂
  • 浆料形成过程
  • 镀层和干燥过程

检查这类区域中的金属异物的尺寸和密度将有助于避免发生会导致整个波音787机队停飞的现场故障。

介绍EA8000 X射线异物分析仪

日立分析仪器开发出一种专门用于检测和分析锂离子电池内金属异物的X射线分析仪。EA8000具有极快的测量速度、高准确性和高精密度等特点,可用于维持整个锂离子电池生产过程中的质量。

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日期: 13 November 2019

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