完全杜絕鋰電池起火「非常難」,降低熱失控機率和設計「失效模式」才是關鍵

鋰電池發展至今已經被應用到了各種電子裝置上,尤其智慧型手機大行其道之後,幾乎每個角落都看得見鋰電池的蹤影,但是,隨之而來的安全性問題,卻也是層出不窮。例如先前的三星 Note 7,甚至是用於夢幻客機波音 787 上的鋰電池,都曾出現過爆炸、起火的事件,鋰電池究竟為什麼會失效呢?

產品安全認證機構 UL 日前進行〈發現安全專題講座〉,從事件案例、原因剖析、預測問題到預防風險四個面向,探討分析鋰電池的失效問題。

主講人 UL 研發技術總監王凱魯博士,首先用轟動一時的三星 Note 7 電池起火案進行舉例;他表示,根據 UL 實驗室對三星 Note 7 電池的一連串分析與追蹤,發現該產品的兩間電池供應商,分別在電池上擁有不同程度的設計失誤,最終都導致「熱失控」而起火。

王凱魯博士說,三星 Note 7 的電池供應商 A,因為在電池於組裝過程中,在機體角落受到壓力變形,進而造成內部短路產生高熱,進而發生起火;另一個電池供應商 B,則因為超音波焊點突出,以及絕緣膠帶未貼兩個失誤,導致電池發生熱失控。

三星 Note 7 的案例顯示了鋰電池會起火主要原因:「熱」。王凱魯博士指出,鋰電池在運作時,內部不停發生化學反應,進而出現放熱現象,溫度升高會加速反應,產生更多燃料;一旦熱無法對外釋放,進而形成熱失控,最終就會導致電池中的電解液起火。

王凱魯博士強調,鋰電池的熱失控是「原罪」,也是鋰電池在設計上的根本問題,要完全杜絕起火「非常難」。

另一個熱失控的例子,則是夢幻客機波音 787 內部的鋰電池,2013 年該機型共出現兩起安全事故,都與鋰電池有關。追究原因,一是鉚釘設計不良,缺少墊片導致變形,進而造成在高電流下,電池會局部發熱,進而產生熱失控;二是該電池系統沒有做到「失效模式」的考量,才導致事故發生。

所謂「失效模式」,即是指廠商在體認到「鋰電池有危險性」的狀況下,預先設想電池失效時的情況,並提前做好應對處理。

王凱魯博士以波音在發生事故後,所進行的改進來舉例;他說,波音重新設計了電池的整體型態,並且於機體上設計了開口,一旦鋰電池在航程中失效,就可以將噴出的化學液體排出機外,達到不影響飛航安全的目的,讓班機順利降落後再進行處理。

三星同樣也在 Note 7 事件後提出改善做法,他們全面加強了的電池與電池製造商的品質控管,重新評估電池安全的標準與失效後的損害,這讓三星在之後的產品中,基本上沒有類似的事件發生。

王凱魯博士總結了以上兩個例子,提出 UL 對鋰電池科技的看法,即是製造商與消費者都必須「認清現實」,理解鋰電池有一定的安全風險存在,而且要把電池當成「非一般元件」特殊對待,高標準要求電池的安全性。

其次,王凱魯博士建議製造商要設計完善的「失效模式」,先為電池可能的起火狀況進行設想,有系統的層層把關,緩解可能造成的損害。

UL 也為鋰電池未來將廣泛應用的儲能系統,訂出了 UL 9540A 測試方法標準,評估儲能電池在熱失控的狀況下燃燒的情況,提供消防系統設計出應對方法的依據,並且從最壞的情況為出發點,為大眾的安全性進行把關。

王凱魯博士也對鋰電池的未來提出看法,他認為固態電解質可能是鋰電池提升安全的其中的一個方案,因為液態的電解液無法阻止連鎖反應發生,但固態電解質及時阻止,避免已經失效的電池造成的傷害繼續擴大。

首圖來源:Business Insider

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