建立新的鋰離子電池應(yīng)用思維，才能為安全生活把關(guān)......

“鋰離子電池”應(yīng)用早已無形滲透在日常生活中，小到可攜式的電子產(chǎn)品如耳機、手機、移動電源，大到交通運輸工具如電動汽車等的大小鋰離子電池，可謂新型態(tài)的“鋰生活”已正式來臨!

然而，鋰離子電池的安全狀況不斷，盡管透過安全標準的要求可以大幅降低電池安全的問題，但要達到完全杜絕鋰離子電池起火仍是非常困難!

鋰離子電池的失效風(fēng)險：熱失控

鋰離子電池為何危險?從鋰離子電池的基本運行原理中就可窺知一二。市面上絕大部分鋰離子電池的重要成分除了正負極材料外，還有電解液與隔離膜。這些材料與結(jié)構(gòu)的特殊組合造成了鋰離子能在電池正負極中來回，形成充電與放電的用途。然而這些材料本身在高溫下具有不穩(wěn)定的特性，一旦遇到內(nèi)短路或是其他情況引起的高溫，就可以分解出構(gòu)成燃燒的要件：氧與可燃物。若是這樣出現(xiàn)的熱無法散去，就會在電池內(nèi)部持續(xù)循環(huán)加速反應(yīng)，出現(xiàn)所謂的“熱失控”，顧名思義就表示了這樣的失效無法控制，相當危險。

隨著鋰離子電池的應(yīng)用層面廣，安全疑慮也因此擴大。一般手機僅使用了單顆電池，但電動汽車、儲能系統(tǒng)等應(yīng)用，動輒使用上千顆、上萬顆，倘若一顆失效，就可能發(fā)生像是放鞭炮相同的連鎖效應(yīng)，一個接著一個，造成嚴重的傷害與損失。

因此，UL研發(fā)技術(shù)總監(jiān)王凱魯提醒，“千萬不可以假設(shè)鋰離子電池一定是沒有問題的，要使用鋰離子電池，就必須了解它有一定的失效風(fēng)險。”而鋰離子電池的用料、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設(shè)計絕對會影響熱失控發(fā)生時的嚴重性。

電池失效案例與原因

UL以三星Note7起火與波音787飛安事件的電池失效調(diào)查發(fā)現(xiàn)為例，剖析電池失效事故的原因。

三星Note7電池問題，重要是來自兩家不同的電池供貨商在制程品管上分別發(fā)生問題。其一是在電池組裝過程中，鋰離子電池角落受壓力變形，造成隔離膜無法有效阻隔正負極，而出現(xiàn)內(nèi)部短路;另一則是鋰離子電池極耳的超音波焊點突出部位未貼上絕緣膠帶，造成內(nèi)部短路起火，導(dǎo)致產(chǎn)品全面下架回收。

而波音787的鋰離子電池則是由于鉚釘?shù)脑O(shè)計，受到飛機引擎與起降等震動使其接觸不良，在高電流下使得局部發(fā)熱造成隔離膜融化，同時系統(tǒng)設(shè)計未考慮電芯間泄壓閥與失效熱傳遞的影響，造成2013年在一個月內(nèi)發(fā)生兩起的飛安事件。

總觀而言，UL提出鋰離子電池會出問題的真正原因有二，一是在設(shè)計產(chǎn)品時，把電池當成了一般組件使用，但不同于以前的傳統(tǒng)電池，鋰離子電池本身存在不可抗的熱失控問題必須被徹底了解，電池的質(zhì)量也須進行嚴格控管;另亦沒有考慮到什么樣的環(huán)境下使用才安全，做出最適當?shù)囊?二則是沒有對電池失效做出最壞情況的打算，忽略了失效所可能出現(xiàn)的風(fēng)險與嚴重性。

經(jīng)深入分析后，這兩個案例也開始重新思考看待鋰離子電池的方式。三星從加強質(zhì)量管控下手，也徹底去評估電池安全范圍與失效后的損害。而波音則接受了電池會熱失控的現(xiàn)實，從系統(tǒng)端著手改善，利用設(shè)計去緩解電池?zé)崾Э睾蟮氖印?/p>

鋰離子電池安全應(yīng)用新思維

鋰離子電池確實存在不可控的潛在危險!因此，UL呼吁關(guān)于鋰離子電池的安全要有新的思維模式，若要應(yīng)用鋰離子電池在產(chǎn)品上，就必須認清現(xiàn)實，鋰離子電池一定有安全風(fēng)險，不能當作一般組件使用，要懂得如何要求電池的安全性，一方面從質(zhì)量把關(guān)著手，降低出問題的機率，一方面從設(shè)計著手，充分了解電池的特性，考慮安全使用范圍，并思考可能失效的方式與嚴重程度，將緩解失效的模式設(shè)計出來，降低電池失效的嚴重性。

此外，UL認為預(yù)測失效相當重要，王博士重申，電池系統(tǒng)的失效模式應(yīng)該是被“設(shè)計”出來的，完善的失效模式設(shè)計可以降低傷害的嚴重性。波音787的新電池設(shè)計就是最好的例子，將出現(xiàn)熱失控的熱能透過導(dǎo)管排到機身外，降低失效的嚴重性，有效控制失效后的損害。

電池安全標準新趨勢

UL今年推出最新版針對儲能系統(tǒng)的UL9540A測試方法標準，由于鋰離子電池是目前儲能系統(tǒng)的首選，隨著美國紐約地區(qū)核能電廠陸續(xù)退役，為緩解電力需求，開始規(guī)畫于大樓內(nèi)自建儲能系統(tǒng)，但因鋰離子電池本身存在不可控的失效問題，因此不同于以往，推出新的測試方法，并從考慮最壞的情況出發(fā)，直接評估儲能電池在熱失控起火后的燃燒情況，在安裝儲能系統(tǒng)時，由系統(tǒng)廠商供應(yīng)給當?shù)叵廊藛T，藉此了解該儲能電池系統(tǒng)在熱失控下的火災(zāi)特性，進而供應(yīng)消防系統(tǒng)設(shè)計出應(yīng)對方法的依據(jù)。

從基本的電池芯標準ANSI/UL1642、電池組標準ANSI/UL2054，延伸到發(fā)展各領(lǐng)域如移動電源、平衡車、電動汽車、儲能對應(yīng)標準。在儲能領(lǐng)域，從第一代固定電池組標準ANSI/CANUL1973、到全球第一本儲能系統(tǒng)標準ANSI/CANUL9540，以及最新出版的UL9540A測試方法。面對鋰離子電池，UL也以新思維因應(yīng)，要求了解鋰離子電池的應(yīng)用特性，提出層層防護的安全要求。

王凱魯并以特種業(yè)者舉例，關(guān)于貨機機師來說，相較于單顆引擎的故障，更怕貨艙傳出的“失火警報”!不僅要考慮到機上消防設(shè)備有可能不足以應(yīng)付的火勢，更要考慮到迫降及排泄燃油關(guān)于環(huán)境的問題。因此特種業(yè)者關(guān)于“鋰離子電池的飛安”新思維也轉(zhuǎn)向了解熱失效的燃燒狀況，提出相對應(yīng)的消防設(shè)計與防護應(yīng)對。

建立鋰離子電池安全使用共識

鋰離子電池確確實實存在的安全問題。除了制造商必須認清及防范使用鋰離子電池可能帶來的安全風(fēng)險外，一般消費大眾也同樣有責(zé)任，必須正視鋰離子電池的危險，了解如何安全使用，像是搭乘飛機，就必須遵守將鋰離子電池產(chǎn)品置放在隨身手提行李中，以減少飛安問題的出現(xiàn)。也因此，唯有每一個人都有安全共識，才能降低鋰離子電池發(fā)生意外帶來的傷害。