鋰電池都是化學(xué)電池嗎？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-27 08:36
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所有的鋰電池都是化學(xué)電池，化學(xué)電池的原理是正極和負(fù)極之間的電子流動(dòng)。鋰電池在正負(fù)極材料之間有隔膜和電解液。如果一個(gè)電池正負(fù)極短路，就會(huì)發(fā)熱，如果發(fā)熱到一定程度，導(dǎo)致膨脹，電解液泄露，那么鋰電池的正級(jí)就會(huì)暴露在氧氣中，而鋰是非?；顫姷慕饘?，當(dāng)鋰金屬暴露在空氣中時(shí)，會(huì)與氧氣產(chǎn)生激烈的氧化反應(yīng)而爆炸。
為了提升安全性，鋰電池通常用石墨及鈷酸鋰等材料來(lái)儲(chǔ)存鋰。這些材料的分子結(jié)構(gòu)形成了納米等級(jí)的細(xì)小儲(chǔ)存格子，這些格子可以用來(lái)儲(chǔ)存鋰原子。而氧分子太大，進(jìn)不了這些細(xì)小的儲(chǔ)存格，鋰原子就不會(huì)與氧氣接觸發(fā)生反應(yīng)，從而避免爆炸，保證安全。
電池內(nèi)還會(huì)再加上一種擁有眾多細(xì)孔的隔膜，來(lái)防止短路。好的隔膜還可以在電池溫度過(guò)高時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉細(xì)孔，讓鋰離子無(wú)法穿越，防止危險(xiǎn)發(fā)生。
但是在實(shí)際使用中，發(fā)生外部短路時(shí)，電池溫度會(huì)急劇升高造成電解液汽化（聚合物會(huì)膨脹），把電池外殼漲破，鋰遇到空氣中的氧氣起火燃燒。
如果沒(méi)有發(fā)生外部短路，但是電池在制造的時(shí)候不夠精細(xì)，有小雜質(zhì)刺透隔膜紙，造成內(nèi)部短路，問(wèn)題嚴(yán)重的時(shí)候，也會(huì)出現(xiàn)起火爆炸。
如果電池質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題，但是電池過(guò)充。在過(guò)充情況下，負(fù)極會(huì)產(chǎn)生很多針狀鋰金屬結(jié)晶，這些結(jié)晶也會(huì)刺破隔膜紙，造成內(nèi)部短路，從而起火爆炸。
此外，高溫、撞擊、刺破都有可能破壞隔膜。在內(nèi)部短路的情況下，問(wèn)題往往是突然發(fā)生的。因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題或者使用不當(dāng)，電池內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生短路，但是電池的熱量在慢慢積累，你察覺(jué)不到。而當(dāng)熱量積累到一定程度，短路嚴(yán)重，達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)，就會(huì)造成起火或者爆炸，而之前沒(méi)有任何預(yù)警。
上海特斯拉起火事件，當(dāng)時(shí)車(chē)在正常停放，沒(méi)有充電，不存在外部短路的問(wèn)題，但是這輛車(chē)之前剛剛進(jìn)行過(guò)超級(jí)快充，很可能是超級(jí)快充過(guò)程中出現(xiàn)了電池的內(nèi)部短路，熱量慢慢積累，到了車(chē)主停車(chē)到車(chē)庫(kù)后發(fā)生燃燒。
沒(méi)有100%的安全
既然鋰電池這么不安全，為什么鋰電池汽車(chē)還能大行其道呢？這要?dú)w功于電池包和新能源廠商的努力。
實(shí)際上，以特斯拉為代表的電池廠商為了安全做了很多道安全防范措施。
特斯拉的電芯正極附近裝有溫度保護(hù)裝置，當(dāng)電芯內(nèi)部溫度增高時(shí)，電阻會(huì)隨之增高，起到限制電流的作用。在電芯內(nèi)部有緊急切斷裝置，當(dāng)電芯內(nèi)部電流超過(guò)安全限值時(shí)會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，從而切斷內(nèi)部電路。除此之外，電芯的材料燃點(diǎn)非常高，即使在熱失控的情況下也不容易自燃。
在每個(gè)電芯的正、負(fù)極，特斯拉都設(shè)計(jì)了保險(xiǎn)絲，如果某個(gè)電芯發(fā)生短路，此安全設(shè)計(jì)可以把故障電芯與系統(tǒng)之間的連接電路快速切斷。
特斯拉還把電池分組，每個(gè)電池組之間也有保險(xiǎn)絲，一旦一個(gè)電池組出問(wèn)題，就可以迅速切斷，避免連鎖反應(yīng)。
在電池包內(nèi)，特斯拉還設(shè)置了復(fù)雜了冷卻系統(tǒng)管路，用整體液冷把電池包的溫度控制住，保持整個(gè)電池組溫度一致。
在BMS方面，特斯拉一度被視為業(yè)界典范，它當(dāng)初被追捧就是因?yàn)锽MS能夠監(jiān)控到每一塊電芯，在充放電時(shí)不出問(wèn)題。
特斯拉的思路也被眾多廠商所效仿。
但是，特斯拉這種層層安全的措施其實(shí)是有前提的，就是特斯拉用的是高能量密度低價(jià)格，但是相對(duì)比較危險(xiǎn)的三元鋰電池。
在特斯拉之前，電池路線有好幾條，但是在特斯拉之后，磷酸鐵鋰、錳酸鋰等相對(duì)安全的路線逐漸淡出，能量密度高，但是相對(duì)危險(xiǎn)的三元方案成為主流。這增加的電動(dòng)車(chē)的續(xù)航，但是危險(xiǎn)性也相應(yīng)增加。
