鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1551次 | 2022年08月20日
鋰離子電池容易爆炸嗎?
鋰聚合物電池用久了里面會(huì)產(chǎn)生氣體,所以會(huì)膨脹。
到一定程度的時(shí)候,電池外殼的封口處會(huì)漏液,所以還是不要用的好
為什么用鋰離子電池?相較于其它種類的充電電池,鋰離子電池有許多優(yōu)點(diǎn),這其中最重要的一個(gè),就是它的能量密度。鋰離子電池的電極一般是用鋰化合物和石墨(純碳)所構(gòu)成,兩者都是非常輕的材料,同時(shí)鋰也是一個(gè)反應(yīng)性非常強(qiáng)的元素,因此原子的鍵結(jié)中可以存放更多的能量。這兩者相加,就意味著在現(xiàn)有的充電電池中,想擁有同樣的蓄電量的話,鋰離子電池是最輕的,適合手機(jī)、筆電、數(shù)字相機(jī)等隨身物品使用。此外,鋰離子沒有記憶效應(yīng),也就是說鋰離子電池不必先把電力放光才能再充電,而且蓄電量也不會(huì)太快減少,大約每個(gè)月減少0.1%的電力(算上保護(hù)回路的需求也才5%,鎳氫電池大約每個(gè)月減少20%)。最后,它還可以歷經(jīng)數(shù)百次的充放電,依然生龍活虎。
但鋰離子電池也有缺點(diǎn)。其中最主要的一個(gè),就是它的總蓄電力(最大電量)會(huì)隨著出廠時(shí)間增加而減少--無論你用不用鋰離子電池,出廠2~3年后電池的最大蓄電力都會(huì)大幅降低,甚至無法使用,因此「買了放著」是完全錯(cuò)誤的做法。其次,鋰離子電池很怕熱,在高溫的環(huán)境上最大蓄電量降低的效應(yīng)會(huì)被加速,這部份后面會(huì)再補(bǔ)充。再者,鋰離子電池也怕過放電,一但放電超過某個(gè)程度,電力可能會(huì)再也充不進(jìn)去。當(dāng)然,鋰離子電池還有會(huì)爆炸的危險(xiǎn),這是大家都知道的。
為什么鋰離子電池會(huì)爆炸?這要從它的化學(xué)性質(zhì)談起...鋰離子電池的化學(xué)小姜這里盡量不講的太深入(其實(shí)是自已也不是完全懂orz),但簡(jiǎn)單來說,鋰離子電池和所有充電電池一樣,都有一個(gè)正極材料和一個(gè)負(fù)極材料,在這里正極材料是通常是鋰鈷氧(LiCoO2),而負(fù)極材料則有很多種,最常見的石墨(碳)。充電時(shí)鋰鈷氧中的鋰離子會(huì)游過中間的電解質(zhì),附著在負(fù)極上,而放電(上圖)時(shí)則是相反,從負(fù)極的碳游回鋰鈷氧這一側(cè)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在一顆以石墨為負(fù)極的鋰離子電池里,是用一層鋰鈷氧,一層裝有電解質(zhì)的分隔物、一層石墨為一組,一組一組的迭起來。在手機(jī)電池那種薄型電池中,里面就是這樣一層一層迭起來的,而在筆電里則通常是把這一片片的材料卷成圓柱狀,變成像3號(hào)電池那樣的東西。在鋰離子電池中,帶有最大的危險(xiǎn)的不是兩個(gè)電極,而是中間的有機(jī)電解質(zhì)溶劑,以易燃的醚類最多。當(dāng)電池因?yàn)槿魏卧蚨搪窌r(shí),電池內(nèi)能量會(huì)在短時(shí)間以熱的形式釋放出來,點(diǎn)燃這些做為溶劑的醚類,引發(fā)爆炸。
過放電時(shí)鋰離子會(huì)和鋰鈷氧直接發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生氧化鋰和氧化鈷。這個(gè)反應(yīng)是不可逆,所以過放電的鋰離子電池就等于報(bào)銷了。
鋰離子電池很容易爆炸嗎?在工研院得到的經(jīng)驗(yàn)是:「怎么這么難爆?。 乖诠ぱ性?,他們裝了一臺(tái)機(jī)器,用鉆頭刺穿平板狀況的薄型電池,基本上必需要是新的、充飽電的電池才有最大的爆炸危險(xiǎn),只要是用過一段時(shí)間的電池,不僅最大電壓會(huì)大為降低,而且里面使用的材料也會(huì)「鈍化」,變得不那么容易反應(yīng)。我們準(zhǔn)備了一大堆舊電池準(zhǔn)備要爆個(gè)過癮,沒有想到的是,不僅全部的舊電池都沒爆掉,連全新的電池都不見得每顆都爆。這是不是說買二手的電池搞不好比較安全?XD
但是爆炸是一回事,我們從探針上的溫度計(jì)還是看到了非??膳碌臏囟?,電池短路后內(nèi)部溫度常常在100度以上,想必這么燙一塊東西放在褲子口袋里還是不可能舒服的吧!
鋰離子電池有什么安全措施?為了避免鋰離子電池過熱,甚至爆炸,現(xiàn)代的鋰離子電池內(nèi)建了許多自我保護(hù)的機(jī)制。首先,每顆鋰離子電池(或在筆電的例子中,整組電池組)都內(nèi)建了一顆控制芯片,這顆控制芯片會(huì)監(jiān)控電池的電壓(電池組的話,會(huì)監(jiān)控其中每個(gè)電池的個(gè)別電壓)和溫度,超出設(shè)定的范圍,芯片就會(huì)自動(dòng)斷電。此外,每顆電池還會(huì)設(shè)計(jì)排氣孔,讓因高溫產(chǎn)生的氣體可以順利地排掉,不至于累積產(chǎn)生爆炸。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
這些保護(hù)措施對(duì)沒有實(shí)體受到傷害的電池來說是足夠了,但如果是被破壞(例如被穿刺)的鋰電池怎么辦?這就是工研院新研發(fā)的STOBA電池的強(qiáng)項(xiàng)了。STOBA電池在電解液內(nèi)加入了一種「奈米級(jí)的高分子材料」,當(dāng)受熱時(shí),這種高分子材料會(huì)聚合成一種具有隔離效果的薄膜,阻止鋰離子的流動(dòng),切斷暴走的短路電池繼續(xù)加熱電池的可能。這種技術(shù)不僅阻止電池爆炸,也阻止了電池可能過熱的危險(xiǎn),大部份我們看到的實(shí)驗(yàn),溫度都沒超過攝氏60度--還是會(huì)燙,但至少?zèng)]有引燃周圍可燃物的危險(xiǎn)。
另外兩個(gè)影響蓄電量降低的因素,一是溫度,二是電池充多飽。無論你做什么(或不做什么),鋰電池的總蓄電量都是不斷地在下降的,但高溫和充到飽卻會(huì)加速下降的速度。因此買一臺(tái)不那么熱情的筆電,不僅對(duì)生育能力有正面的幫助,對(duì)減緩電池的蓄電量的降低也是幫助很大的。另外,如果計(jì)算機(jī)有相關(guān)的設(shè)定的話,將電池充到八分飽能將蓄電量降低的速度減少為一半--意即如果每次都將電池充到飽,一年之后本來可以跑4小時(shí)的計(jì)算機(jī)只能跑2小時(shí)的話,那每次都只將電池充到八分飽,一年之后計(jì)算機(jī)還可以跑3小時(shí)。
首先,如果不是負(fù)極析鋰(鋰離子被碳結(jié)合不完全產(chǎn)生鋰結(jié)晶),鋰離子均在穩(wěn)定態(tài),不會(huì)由于鋰與空氣發(fā)生反應(yīng)。即使析鋰,也不是燃燒主因。之所以自燃,是由于電池被破壞后,1、金屬兇器造成電池短路;2、外力破壞造成隔膜損壞導(dǎo)致電池短路。直流短路時(shí)發(fā)熱巨大,造成電池?zé)崾Э?,熱失控時(shí)會(huì)在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)溫升至300攝氏度以上。鋰電池內(nèi)最主要的易燃物其實(shí)是電解液,在沒有阻燃劑的情況下(實(shí)際上各家產(chǎn)品里都有阻燃劑),電解液燃點(diǎn)約130攝氏度。現(xiàn)已發(fā)生的大型電動(dòng)車事故,歸根結(jié)底均為電池遭到破壞,電解液流出并燃燒所致。但是,也分技術(shù)體系,眾所周知鋰離子電池大致分為鈷鋰、錳鋰、三元、鐵鋰等,其中鈷鋰和三元的熱失控溫度均低于300攝氏度,錳鋰約400攝氏度,鐵鋰高于700攝氏度,最近另有鐵錳鋰二元產(chǎn)品,根據(jù)摻雜的不同,熱失控臨界在400-600攝氏度??梢妳^(qū)別很大,這也是鐵鋰之所以安全的原因之一。所以,在鐵鋰國標(biāo)中,金屬針刺試驗(yàn)是一項(xiàng)必做的安全試驗(yàn)。也就是說,符合我國要求的鐵鋰電池,在針刺后是不應(yīng)燃燒和爆炸的。這個(gè)試驗(yàn)做的很多,基本無異議,甚至我碰到部分產(chǎn)品針刺后還可繼續(xù)使用的。而題主提到的刀割又更擴(kuò)大了破壞性,這個(gè)試驗(yàn)我也曾經(jīng)嘗(zuo)試(si)過,電池并未發(fā)生燃燒或爆炸。在近年的一些第三方檢測(cè)中,監(jiān)督機(jī)構(gòu)要求解刨電池查看是否有內(nèi)并結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)是統(tǒng)一電解液結(jié)構(gòu)中是否只有一個(gè)電池,我們也蹭多次劃開電池進(jìn)行解釋,均未現(xiàn)安全問題。所以,具備符合國家標(biāo)準(zhǔn)的鐵鋰電池產(chǎn)品,由于其化學(xué)特性,以及添加了阻燃劑后的保障,刀割后是不應(yīng)發(fā)生自燃的。其他產(chǎn)品則無法保證了。當(dāng)然由于我這里主作鐵鋰,對(duì)錳鋰等產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)不熟悉,也希望同行追加答案予以指正。理論上來說金屬異物穿刺試驗(yàn)應(yīng)該是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。
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