鋰電池爆炸起火導(dǎo)致人員傷亡的事故時有發(fā)生，到底是什么原因引起的鋰電池爆炸？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-15 15:23
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由于鋰電池的普及，現(xiàn)在市面上很多電動車都采用鋰電池，這也使鋰電池爆炸起火導(dǎo)致人員傷亡的事故時有發(fā)生，這到底是因為什么引起的，今天筆者給大家好好科普一下。
一、鋰電池負(fù)極容量不足
當(dāng)鋰電池正極部位的負(fù)極部位容量不足時，充電時所產(chǎn)生的鋰原子無法插入負(fù)極石墨的間層結(jié)構(gòu)中，會析在負(fù)極的表面，形成結(jié)晶。
在鋰電池中長期形成結(jié)晶會導(dǎo)致短路，這時電芯急劇放電，會產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜。高溫會使電解液分解成氣體，當(dāng)壓力過大時，電芯就會爆炸。
二、水份含量過高
充電時，水份可以和鋰發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無法承受時，電芯就會爆炸。
三、內(nèi)部短路
內(nèi)部電芯短路造成大電流放電，產(chǎn)生大量的熱，燒壞隔膜，而造成更大的短路現(xiàn)象，會使電解液分解成氣體，內(nèi)部壓力過大，電芯就會爆炸。
四、鋰電池過充
電芯過充電時，正極的鋰過度放出會使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，而放出的鋰過多也容易無法插入負(fù)極中，也容易造成負(fù)極表面析鋰，而且，當(dāng)電壓達到4.5V以上時，電解液會分解生產(chǎn)大量的氣體。上面種種均可能造成爆炸。
五、外部短路
外部短路可能由于正負(fù)極接錯所導(dǎo)致，由于外部短路，電池放電電流很大，會使電芯的發(fā)熱，高溫會使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。
鋰電池的現(xiàn)狀
自從40年前，約翰.古迪納夫（JohnBGoodenough)發(fā)明鋰電池以來，鋰電池變得越來越重要，它已經(jīng)成為智能手機與電動汽車的標(biāo)配。在國內(nèi)也涌現(xiàn)了很多與鋰相關(guān)的明星企業(yè)，比如做鋰電池的寧德時代，比如提供鋰礦資源的贛鋒鋰業(yè)。
但是鋰資源在地球上十分稀少，在未來，鋰資源也面臨著像石油資源一樣的枯竭危險。
而且提取鋰的工藝也比較復(fù)雜，從鹽湖里提取鋰，需要用到萃取或者電滲析膜分離等技術(shù)，工藝繁瑣而且成本較高。
從1980年出現(xiàn)鈷酸鋰電池技術(shù)，到1982年出現(xiàn)錳酸鋰技術(shù)，到1991年索尼推出第一款商用鋰電池，再到1997年提出磷酸鐵鋰技術(shù)，此后的20年再沒有新的鋰電技術(shù)出現(xiàn)，鋰電池本身也開始面臨著增長的極限，尤其是使用壽命與能量密度的提高越來越困難，所以尋找新的替代技術(shù)有了天然的需求。
有沒有鋰電池替代產(chǎn)品呢？
也許是有的，那就是鈉離子電池。
鈉離子電池為什么有可能取代鋰電池？
鈉是地球上僅次于鋰的第二輕的金屬元素，從元素周期表中來看，鈉與鋰屬于同一族元素，它們的化學(xué)性質(zhì)相似，因此理論上鈉也可以像鋰一樣用來做電池。當(dāng)然了，鈉的原子半徑比鋰要大很多，因為鈉原子比鋰原子要多8個電子，所以自然長得很胖。一旦長胖，就會有很多麻煩，比如它不能像鋰那樣嵌入到石墨中，而且它比鋰要重很多，使得單位質(zhì)量的電池儲能就要比鋰少。
但是，鈉有一個優(yōu)點——鈉元素在地球上的含量非常高，它在地球上的含量是鋰的幾千倍。我們吃的食鹽里就有大量的鈉，海水中也有非常多的鈉。正因為含量十分豐富，所以鈉比鋰要便宜很多。在市場上，作為鋰原料的碳酸鋰價格每噸需要幾萬元；而作為鈉原料的氯化鈉的價格每噸只要幾千元。所以，作為電池來說，鈉電池與鋰電池相比的一個突出優(yōu)點就是便宜，這對于產(chǎn)業(yè)化來說是一個非常核心的優(yōu)勢。因為產(chǎn)業(yè)界最關(guān)心的是成本。
當(dāng)然，成本優(yōu)勢不等于技術(shù)優(yōu)勢，關(guān)鍵還要看鈉是不是真的可以做電池。電池的正極材料、負(fù)極材料、電解液是三個基本的組成部分，這些對鈉電池來說都沒有原則性的困難。所以鈉電池是可以存在的。以鈉離子電池的負(fù)極材料為例，可以做負(fù)極的材料有很多種，研究的比較多的主要是硬碳材料。雖然硬碳的儲鈉機理目前還沒有定論，而且不同的人做出的電池負(fù)極性能差異比較大，但這只是工藝問題，總有一天能做到標(biāo)準(zhǔn)化的。
實際上，鈉離子電池的工作原理與鋰離子電池沒有太大的差別，利用的是鈉離子在正負(fù)極之間嵌脫過程實現(xiàn)充放電。充電時，鈉離子從正極脫出經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，同時電子補償電荷經(jīng)外電路供給到負(fù)極，保證正負(fù)極電荷平衡。放電時則相反，鈉離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。在正常的充放電情況下，鈉離子在正負(fù)極間的嵌入脫出不應(yīng)該破壞電極材料的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)（當(dāng)然在實際情況下可能會產(chǎn)生一定的記憶效應(yīng)，也可能導(dǎo)致電極材料的老化）。
那么，鈉離子電池有技術(shù)優(yōu)勢嗎？有的人宣稱在原理上，鈉離子電池的充電時間可以縮短到鋰離子電池的1/5——雖然目前這方面的公開數(shù)據(jù)并不是很充分，于是只能說這是潛在的優(yōu)點。也有相關(guān)資料宣稱，鈉離子電池壽命超過10年，而通常鋰離子電池使用壽命只有3-4年，不過對于這一點是存疑的，據(jù)硅谷動力君調(diào)研，鈉離子電池的主要問題正是循環(huán)壽命不高，所以這是一個爭議點。
中國首輛鈉離子電池低速電動車已經(jīng)問世
目前有定論的是，鈉離子電池有成本低的優(yōu)點，其他的技術(shù)優(yōu)勢則不太明顯。那么這一領(lǐng)域目前的研發(fā)情況又是怎么樣的呢？
作為一個有示范性意義的項目，2018年6月，中國首輛鈉離子電池低速電動車在中國科學(xué)院物理研究所園區(qū)內(nèi)示范演示——請注意，這里的關(guān)鍵詞是“低速”。該輛低速電動汽車是由依托物理所鈉離子電池專利技術(shù)成立的中科海鈉科技公司推出的。在2017年，中國科學(xué)院物理研究所就以鈉離子電池技術(shù)相關(guān)專利出資成立了中科海鈉科技有限責(zé)任公司，中國科學(xué)院物理研究所陳立泉院士，胡勇勝研究員為技術(shù)帶頭人。隨后，中科海鈉公司在江蘇溧陽準(zhǔn)備建立產(chǎn)業(yè)化基地，加速推進鈉離子電池商業(yè)化進程。
但是，據(jù)硅谷動力君了解，目前鈉離子電池的能量密度只能達到120瓦時/公斤。所以，在能量密度這一技術(shù)指標(biāo)上，鈉離子電池還不能與鋰離子電池相提并論，因為鋰電池的能量密度300瓦時/公斤以上。
從能量密度的角度來說，現(xiàn)在的鈉離子電池只能達到鋰電池的一半以下，因此鈉離子電池目前只能用在低速電動車、電動船、家庭儲能等對能量密度要求較低的領(lǐng)域，目前還不能用鈉電池做出高速電動汽車。
