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電動輪椅爆炸之原因及分析 !

近年電動輪椅的流行給我們帶來了很多方便,同時也出現很多後續問題。
例如近年多次發生的電動輪椅爆炸及自焚事件,大多數都是國內生產為主的鋰電池電動輪椅發生,在此想分享一下幾個有關鋰電池的資訊。
1. 為什麼鋰電池會爆炸或自焚 ?
電池發生爆炸都是由於電池內部瞬間溫升過快或內壓過高而引起 - 鋰離子電池是一個密閉的反應體系,在其內部存在系列電化學和化學反應。除了用於儲存和釋放電能的正常電極反應外,還存在許多潛在的副反應,如電解質溶液的還原和氧化分解、正極的熱分解等。當電池處於正常溫度範圍和正常電壓範圍時,這些副反應不會發生,電池內部僅發生正常的充電和放電反應,此時電池安全。但當電池溫度過高,或者充電電壓過高時,這些副反應被觸發,產生大量的熱,並釋放出有機小分子氣體。由於反應劇烈,產生的熱量不能有效傳遞到電池體外,引起電池內部溫度和壓力的急劇上升。而溫度的上升又會極大地加速副反應的進行速度,產生更大量的熱和氣體產物,此時電池進入無法控制的自加溫狀態,即俗稱的熱失控狀態,電池有可能發生爆炸。當然,電池是否發生爆炸與很多因素有關 ;
電池的荷電狀態
- 副反應的進行速度和發生程度
- 熱傳遞速度
- 安全閥開啟的靈敏度
- 外界環境溫度
因此,並非所有進入到熱失控狀態的電池都會發生爆炸,存在一定的幾率性。從爆炸發生的機理來看,與炸藥爆炸有相似之處。但由於電池活性材料的含能密度,以及反應速度均遠低於炸藥,因此,其危害程度遠不如炸藥。
2. 是否所有電動輪椅電池都會發生爆炸或自焚 ?
不是,爆炸或自焚並不針對使用鉛酸電池的電動輪椅
原因是充滿電後的鋰離子電池負極還原性非常強,可以與電解液發生劇烈的化學反應,放出大量熱的同時還產生有機小分子氣體。但在電池的化成過程中,負極表面形成了一層 鈍化膜,正是這樣一層鈍化膜,將負極與電解液隔開,有效避免了上述反應的發生。根據目前的研究結果,負極表面鈍化膜的主要組成為有機碳酸鹽,其分解溫度大約為130℃。當電池內部溫度上升到130℃以上時,鈍化膜分解,高活性碳負極裸露於電解液中,導致它們之間發生劇烈的氧化還原反應,產生的熱量引起電池溫度的急劇上升,並引發其它可能的放熱反應,使電池進入高危狀態。由於該溫度值為鋰離子電池碳負極表面鈍化膜的分解溫度,與正極無關,因此,對所有鋰離子電池都通用。
一般對於鋰離子電池不安全行為的認識為:
  • 當某一因素(如過充、短路等)導致電池溫度升高至約130℃時,負極表面鈍化膜發生分解,並引發電解液同負極嵌鋰炭材料的放熱反應,促使電池溫度繼續上升。
  • 當電池內部局部溫度升高到約220℃時,正極物質發生分解析氧,並繼續同電解液發生劇烈反應,產生大量的熱量並形成高內壓。
  • 當電池溫度達到240度以上時,還伴隨炭負極同粘結劑的劇烈放熱反應。
  • 如果此時電池內部沒有自控機制,則可能出現脹裂、燃燒等不安全行為。由上可知,正極材料的分解放熱也是熱失控反應的一種。由於各種正極的熱穩定性不一樣,其分解溫度不盡相同,因此採用不同正極的電池安全性也不一樣。
3. 使用鋰電池時應該注意什麼事項 ?
將電池的工作溫度控制在20-45℃之間,無論對於電池的電性能,還是安全性能來說均有好處。溫度越低,電解液的離子電導率越低,電極反應的進行速度也越慢。不僅會造成電池容量和功率性能的下降,而且低溫充電還容易引起負極表面析鋰,給電池帶來安全隱患,並導致電池迴圈性能的快速惡化。而溫度太高時,電極表面(特別是負極表面)的鈍化膜的穩定性將受到影響,電池容易發生鼓脹,並導致迴圈性能的降低。此外,過高的溫度不利於電池體內熱量的釋放,容易導致安全性問題。因此,20-45℃是電池工作最適宜的溫度。 同時也避免擠壓、穿刺、振動、跌落 等...
4. 如何安全的使用鋰電池電動輪椅 !
在使用過程中,避免對處於高荷電狀態下的電池進行大電流充電,避免低溫充電、將電池儘量控制在適宜溫度下工作避免過充電 等均可以在一定程度上提高電池的使用安全性。
  • 有關避免過份充電
一般有合乎國際認可的電動輪椅所使用的 鋰電池 及 配備的充電器 都是設有「充電管理IC」如 :
  • 熱控制技術—PTC 電極(即溫度敏感電極)
  • 負極表面熱阻層
  • 過充保護技術
  • 過充保護添加劑
  • 電壓敏感隔膜
  • 阻燃性電解液 等
每個合乎國際規格的鋰電池必須裝有電池保護線路板的
而機器本身也會有控制的模組在充滿電自動停充,以及過度放電自我保護的設計,以確保不超過安全電壓(過充)而致電池爆炸。
理論上,電池貴有貴的道理,大部分合乎國際認可的裝置、電池或是充電器,都會有充滿自動停止充電的保護裝置,所以"過充"的問題大家倒是不用擔心,唯一要注意的就是別把電池放到完全沒電!但也有一些廉價的電池或充電器不會裝有這一些保護裝置,所以使用時一定要注意。
所以購買電動輪椅時客戶必須優先考慮該公司是否設有良好的售後維修服務,因香港大部分公司只有門市並沒有維修部,另外店員也沒有接受過專業的電動輪椅知識培訓,所以不要貪一時方便及便宜而購買了一台不合規格的輪椅。
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