电池为什么会爆炸？利用气相色谱法对锂电池爆炸气体组成检测分析
电池为什么会爆炸？利用气相色谱法对锂电池爆炸气体组成检测分析
锂电池在过充过程,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。分析电池爆炸气的成分组成,有助于对电池的安全性能做出更准确的评估。
电池爆炸的原因
锂电池在当今时代已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。然而，锂电池带来的安全隐患也频频被提及，其中最为人们所熟知的莫过于锂电池引发的爆炸和起火等事故。这些事故的发生，不仅给人们的生命财产安全带来了威胁，也让我们对锂电池的安全性产生了警惕。
电池爆炸的原因主要有以下几种：
- 电池本身原因：由于电池内部缺陷，电池本身在不充电、不放电的情况下爆炸。
- 电芯长期过充：长时间充电状态下，过充、过电流也会导致高温高压，发生隐患。
- 电池短路：电池处在高温状态，或受到撞击、金属摩擦等情况时，可能会造成电池短路，发生爆炸。
- 温度过高：温度过高是指电池内部热量达到了极限，长时间充电、高温照射、烘烤都容易造成电池温度过高。
- 热失控：锂离子电池之所以会有爆炸的危险，是由于在电池内部的反应中一个叫“热失控”的过程。
爆炸气测试介绍
锂电池在过充过程,电解液等材料会裂解产生气体,使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂,让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应,进而爆炸。分析电池爆炸气的成分组成,有助于对电池的安全性能做出更准确的评估。
利用气相色谱法对锂电爆炸气体组成检测分析可提高电池安全性。气相色谱(Gas Chromatography,GC)是一种分离和定量分析化合物物的方法,适用于挥发性或半挥发性有机化合物的分离、测定和鉴定。爆炸气的检测主要是用FID检测器,火焰离子化检测仪,是一种高灵敏度通用型检测器,它几乎对所有的有机物都有响应,而对无机物、惰性气体或火焰中不解离的物质等无响应或响应很小。爆炸气鼓包气主要以有机物为主,包括:氟化氢、氯化氢、二氧化硫、一氧化氮、一氧化二氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等。
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微观分析电池在充放电过程中:电池内的锂离子会在电池内的电解液里进行迁移,虽然迁移在电解液里进行,但却是围绕正负极进行的,充放电的过程中就相当于正向迁移或逆向迁移(方向可逆、过程可逆),而正负极之间存在隔板,它可以将正负极区域隔离开来,但却又不会影响锂离子的迁移,电池在循环使用或储存中,电解液组分发生成膜及氧化反应、电池过充过放、内部微短路等原因导致SIEl膜分解破坏从而产生气体,也可能因电解液中的高含量水分发生电解反应等原因导致电池产气鼓胀后池外壳或压力阀鼓涨破裂产生爆炸。常见的电池爆炸气组分:C1~C6烷烃、CH4、CO、CO2、O2、N2、C2-C4的氧化物赠。
从电池材料本质上来分析爆炸原因
- 金属锂与水反应的化学方程式为：2Li+2H2O=2LiOH+H2。这个反应是一个放热反应，由于反应放出大量的热，因此会导致燃烧。此外，锂与水反应的产物是氢氧化锂和氢气，氢气是易燃易爆的气体，这也是导致燃烧的原因之一。
- 六氟磷酸锂在高温环境下会发生分解反应，生成氟化氢、氟化锂和磷氧化物等气体。这些气体有些是有毒的，有些则是易燃易爆的，因此会导致电池内部压力增加，甚至发生爆炸。
- 锂电池的电解液中，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等溶剂都是易燃易爆的物质，一旦遇到火源或过热的情况，就可能引发燃烧或爆炸。
- 一些电池的正极材料中镍、钴、锰的比例不合理，提高了镍的占比，虽然大幅度提高了能量密度，但降低了钴和锰的含量。钴能够提升电池稳定性和延长电池寿命，锰则是提高电池的安全性和稳定性，因此这种设计降低了电池的安全性。
- 电池结构中的隔膜设计也是影响电池安全性的关键因素之一。如果隔膜设计不合理或者厚度不足，会导致电池在过充、过放或高温等条件下出现短路现象，引发电池燃烧或爆炸。