鋰電池為何會頻繁爆炸？如何避免鋰電池爆炸？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-06 19:52
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要理解為什么鋰電池有時會失靈，你需要知道在蓋子下到底在發(fā)生什么。在每一個鋰電池中，都有兩個電極——帶正電的陰極和帶負(fù)電的陽極——用一層薄的“微塑料”隔開，使兩個電極無法接觸。當(dāng)對鋰電池充電時，鋰離子會從陰極通過分離器和導(dǎo)電流體的微孔到達(dá)陽極。當(dāng)電池放電時，鋰離子從陽極流向陰極時發(fā)生與之相反的情況。這是給筆記本電腦供電的反應(yīng)。
小型電池，比如智能手機(jī)里的電池，通常只有一個鋰離子電池。更大的電池，比如筆記本電腦，通常有6到12個鋰離子電池。電動汽車和飛機(jī)上的電池可以有數(shù)百個電池
讓鋰電池變得如此有用的東西，也能讓它們有著火或爆炸的能力。鋰在儲存能量方面非常出色。當(dāng)它作為涓涓細(xì)流被釋放時，它會為你的手機(jī)供電一整天。但當(dāng)它一次性全部釋放時，電池就會爆炸。
大多數(shù)鋰電池起火和爆炸都是由于短路引起的。這種情況發(fā)生在塑料分離器失靈的情況下，從而讓陽極和陰極直接接觸。一旦這兩極聚在一起，電池就會開始過熱。
分隔器可能會失靈的原因有很多：
1、糟糕的設(shè)計(jì)或制造缺陷：電池的設(shè)計(jì)很差，就像Galaxy Note 7一樣。在這種情況下，電池中沒有足夠的空間放置電極和分離器。在一些模型中，當(dāng)電池被充電時，電極就會彎曲并導(dǎo)致短路。即使是設(shè)計(jì)好的電池如果質(zhì)量控制不夠嚴(yán)格或者制造有缺陷也會造成電池爆炸。
2、外部因素：極端高溫肯定會造成分隔器失靈。電池離火源太近或者身處火中都會導(dǎo)致電池爆炸。其他的外部因素也會導(dǎo)致鋰電池失效。如果使勁摔手機(jī)(或摔過多次)，都有可能損壞分離器，導(dǎo)致電極接觸。如果你刺穿了電池(不管是偶然的還是故意的)，那么幾乎肯定會造成短路。
3、充電器問題：質(zhì)量差或絕緣性不好的充電器也會損壞鋰電池。如果充電器短路或在電池附近產(chǎn)生熱量，它就能造成足夠的損壞，導(dǎo)致故障。這就是為什么我們建議只使用官方充電器(或者至少是那些來自信譽(yù)良好的品牌的高質(zhì)量的第三方充電器)。
4、熱失控和多電池：雖然與大多數(shù)智能手機(jī)中發(fā)現(xiàn)的單一電池不相關(guān)(iPhone X實(shí)際上有兩個電池)，但只有一個電池單元失靈后第二個才會啟動。一旦一個鋰電池過熱，就會產(chǎn)生一種叫做“熱失控”的多米諾效應(yīng)。“對于像特斯拉Model s這樣有數(shù)百個電池的電池組來說，這可能是一個非常大的問題。
盡管鋰電池有時會失敗，但它仍是一種安全而成熟的技術(shù)。正因?yàn)槿绱?，?dāng)電池突然爆炸時，它才會成為新聞，而這也顯示出出現(xiàn)重大故障是多么的罕見。電池制造商為防止電池故障，安裝了大量的防護(hù)措施，或者至少減輕了故障所造成的損害。那么，到底是什么引起鋰電池燃燒的呢?目前，業(yè)界普遍認(rèn)為鋰電池的燃燒和高度易燃的有機(jī)電解液相關(guān)。這種易燃性電解液包含的安全隱患，是阻礙鋰電池進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的主要瓶頸。
鋰電池又是怎樣發(fā)生燃燒的呢?例如，當(dāng)鋰電池發(fā)生內(nèi)部或者外部短路后，其內(nèi)部會在短時間內(nèi)，釋放出大量熱量，溫度極劇升高，導(dǎo)致熱量失控。然后，這種易燃性的電解液會被點(diǎn)燃，最終導(dǎo)致電池起火或者爆炸。
方案
目前，針對電解液易燃的問題，我在之前的文章中也曾介紹過一些解決方案例如使用固態(tài)電解質(zhì)，開發(fā)固態(tài)鋰電池，但是其成本較高。此外，還有就是使用新的能量供給方式，例如利用人體動能給電子設(shè)備提供能量，目前這個方案還處于實(shí)驗(yàn)室階段。
另外一個很直接的方案就是在現(xiàn)有的電解液中增加阻燃劑。但是，為了完成阻燃性，就需要在電解液中添加大量的阻燃劑，這樣會相應(yīng)地降低電解液的離子導(dǎo)電性，顯著影響鋰電池的電化學(xué)性能和能量密度。
創(chuàng)新
最近，美國斯坦福大學(xué)的研究人員，制造了一種新型“智能”靜電紡絲分離器，它具有熱量觸發(fā)機(jī)制，內(nèi)部含有阻燃劑，可用于防止鋰離子電池燃燒。
在這種結(jié)構(gòu)中，阻燃劑包裝在聚合物保護(hù)殼的內(nèi)部，以防阻燃劑直接溶解到電解液中，從而給電池性能造成負(fù)面影響。當(dāng)鋰電池內(nèi)部的熱量過高時，聚合物保護(hù)殼會因?yàn)楦邷囟l(fā)生溶解，釋放出阻燃劑，從而有效抑制高度易燃的電解液發(fā)生燃燒
