鋰離子電池為什么會爆炸？
來源：未知
2020-03-17 08:59
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在工研院，他們裝了一臺機器，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，只要是用過一段時間的電池，不僅最大電壓會大為降低，而且里面使用的材料也會「鈍化」，變得不那么容易反應(yīng)。我們準備了一大堆舊電池準備要爆個過癮，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)建了許多自我保護的機制。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，這顆控制芯片會監(jiān)控電池的電壓（電池組的話，會監(jiān)控其中每個電池的個別電壓）和溫度，超出設(shè)定的范圍，芯片就會自動斷電。此外，每顆電池還會設(shè)計排氣孔，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。
這些保護措施對沒有實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）這就是工研院新研發(fā)的 STOBA 電池的強項了。STOBA 電池在電解液內(nèi)加入了一種「奈米級的高分子材料」，當(dāng)受熱時，這種高分子材料會聚合成一種具有隔離效果的薄膜，阻止鋰離子的流動，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，大部份我們看到的實驗，溫度都沒超過攝氏 60 度 -- 還是會燙，但至少沒有引燃周圍可燃物的危險。
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（其實是自已也不是完全懂 orz），但簡單來說，鋰離子電池和所有充電電池一樣，都有一個正極材料和一個負極材料，在這里正極材料是通常是鋰鈷氧（LiCoO2），而負極材料則有很多種，最常見的石墨（碳）。充電時鋰鈷氧中的鋰離子會游過中間的電解質(zhì)，附著在負極上，而放電（上圖）時則是相反，從負極的碳游回鋰鈷氧這一側(cè)。
在一顆以石墨為負極的鋰離子電池里，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 號電池那樣的東西。在鋰離子電池中，帶有最大的危險的不是兩個電極，而是中間的有機電解質(zhì)溶劑，以易燃的醚類最多。當(dāng)電池因為任何原因短路時，電池內(nèi)能量會在短時間以熱的形式釋放出來，點燃這些做為溶劑的醚類，引發(fā)爆炸。
過放電時鋰離子會和鋰鈷氧直接發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氧化鋰和氧化鈷。這個反應(yīng)是不可逆，所以過放電的鋰離子電池就等于報銷
一般鋰離子電池的壽命可以達到幾百次充放電循環(huán)，電池和設(shè)備的說明書上也經(jīng)常見到這樣的表述。這里的1個充放電循環(huán)是指將電池電量用光然后再充滿的過程，而不是插上充電器再拔掉就算1次。
連續(xù)對鋰離子電池進行深度充放電，對鋰離子電池的壽命是有影響的，上述幾百次的數(shù)據(jù)也是在這樣的條件下測得的，但在日常淺度充放電條件下，鋰離子電池的壽命其實相當(dāng)長。
此外，鋰離子電池放著不用，其容量也會自然損失，主要的影響因素是電壓和溫度。研究表明，鋰離子離子在完全充電的狀態(tài)下長時間存放，其容量會發(fā)生明顯損失。
同樣的，溫度越高，鋰離子電池的容量損失就越快，而這種損失是不可逆的，也就是說，電池的容量會永久變小。
在0度環(huán)境下，電量剩余40%的鋰離子電池存放一年后，其容量會損失2%；而在40度環(huán)境下，完全充滿電的鋰離子電池存放一年后，其容量損失高達35%。
