例如,舞台上的虎狮表演必须由驯兽师指挥。目前,锂电池的“动物性”还没有被弄清楚和掌握。必须在适用于大容量仓库和车辆操作的条件下小心处理。
沙永康
中国人对新能源汽车的狂热浪潮,让曾经为移动通讯、影音移动带来极大便利的锂离子电池,成为竞争和关注的热点之一。
但随着越来越多的人为行驶里程、电池寿命甚至如何处理用过的电池而苦恼,一个似乎被忽视的基本问题是——它是否足够安全?
1978年3月,当美国埃克森石油公司的化学家(工程师)斯坦利·维廷汉姆发明锂电池时,他可能没有想到,在接下来的30年左右时间里,这项发明给人类带来了巨大的变化。人类科技生活。锂,这种自然界中已知最轻的金属,从此与人类变得更加亲近。
当时,威廷汉姆以钛硫化合物为负极,以锂金属为正极,制成了世界上第一块锂电池原型。
其工作原理是通过在电池正负极之间形成电流循环来实现充放电过程。因此,锂电池也被称为锂离子电池。
几十年来,随着正负极材料的不断改进,制造出体积更小、能量密度更大、价格更低的锂电池,手机的问世进一步推动了其小型化和轻量化,微电子也从此大行其道。例如,音乐播放器被视为当今流行的电动汽车的必然选择。
但近年来频繁发生的手机和音乐播放器电池爆炸事件似乎敲响了警钟——这让生活比看起来更轻松。制造商是否放松了质量管理?开发人员是否更改了电池的某些元素?还是人们更看重电力储存而不是安全?
一个手机锂电池的锂金属含量不到5G,一个初期的电动微型轿车,如果储能超过30kWh,电池组中含有约50kg的锂金属,手机电芯的爆炸还是会的讨论过。换,如果出现一组微型轿车电池,后果不堪设想。
国内曾出现过将锂电池装在电动车上、停在车库里的案例。晚上,他们突然着火了。连同整辆车,化为灰烬。几个月前,还发生过混合动力客车自燃事件,但被发现并处置。早点,还不错。显然,保持冷静并为未来做打算是电池和电动汽车行业的责任。
事实上,锂离子电池存在爆炸安全隐患的原因有很多,尚待解决,但显然与自身的构成元素有关。
通常锂电池由正极、负极、隔膜、电解液、单体封装五大要素组成。当年索尼成功研制出第一批商用锂电池,其正极采用锂化合物、钴锂,但由于钴是稀有金属,后来又使用了锰、铁、钒、镍等,还有作为聚合物。合成材料,即使使用空气作为电极介质,不同的正极材料具有不同的能量、安全性和工作电压。
负极由石墨和各种混合、合成、复合材料制成。石墨分子空间是储存锂离子的空间晶格。
充电时,大部分正锂离子被转移到负极空间。当负极上的锂离子过度积累到一定限度时,锂离子就会溢出,形成树枝状晶体。这些晶体生长扩散,刺穿隔膜,形成正极和负极。接触,然后发生短路。这时,短路会瞬间释放出大量热量,沸腾灼热并燃烧电解质,最终发生爆炸,称为“热失效”。此外,车辆碰撞引起的电池高温、穿刺、击穿、金属屑连接、挤压等都成为正负极短路热失效的原因。
因此,虽然现在一些采用固态聚合物作为电解质的锂电池由于不漏液而降低了爆炸的可能性,但由于锂电池将外部充电的电能转化为化学能并通过内部化学反应储存在电池中,因此化学能也是通过化学反应转化为电能输出。这个过程会产生温度,如果温度过高,危险就会随之而来。
更重要的是,锂电池本身具有自放电的特性,即在电池不充电或不放置的情况下,会发生快慢程度不同的化学反应。电池自放电率低,性能优良,反之亦然。“自放电率”很高。这种内部化学反应会导致放在桌子上的音乐播放器在关闭时自行爆炸。
充电放热放电吸热是锂电池的一个特性,但有时充电过快也会引起发热现象。这是因为化学反应来不及将电能转化为化学能。放电时,电池升温是化学能。来不及转换成电能。所以在充电的时候,一般都是通过管理系统来管理,但是在放电的时候就会出现问题。
基于这个原则,锂电池放电的电流不宜过大。如果电流过大,持续时间过长,可能会导致化学反应升温升温,甚至爆炸。
其实,锂电池的快充快放概念,相对于铅酸电池来说,是比较快的。但是,如果超过锂电池的极限,危险可能就潜伏在不远处。
至于锂电池用多少电流放电合适,要根据实际情况而定。然而,对于汽车的行驶工况,瞬时大电流放电是常有的事。这是对锂电池的测试。
现在,充放电的过程是可控的,可以通过制造工艺、金属粉末、粉尘、人工等来减少,但电池内的化学反应目前很难控制。
从这个角度来看,锂电池在使用过程中,就是一座微型的“活火山”,而报废的锂电池就好像是一座“死火山”。报废后,只要不了解拆体,“五大要素”齐全,化学反应不会中断,只是程度会降低。因此,电池回收站会将锂电池单独封存,并视其为危险品。
在分析了锂电池的原理和导致故障的因素之后,开发商和制造商需要认清锂电池天使和恶魔的两面性,需要想办法将安全隐患降到最低。
例如,舞台上的虎狮表演必须由驯兽师指挥。目前,锂电池的“动物性”还没有被弄清楚和掌握。必须在适用于大容量仓库和车辆操作的条件下小心处理。