锂离子电池为什么会发鼓胀气呢？它有哪些特性？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 22:59
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中国节能与新能源汽车研发始于2001年科技部启动的“电动汽车重大科技专项”。近20年来，中国新能源汽车经历了4个关键节点。2006年，国家中长期科技发展规划确立了节能与新能源汽车战略。随后连续3个5年，国家科技计划设立重大项目或重点科技专项，以动力电池为核心的节能与新能源汽车动力系统关键技术取得重大突破。其中，锂离子动力电池技术从无到有、从能量密度不足100W·h/kg提升到300W·h/kg以上，2018年全球十大电池企业中国占6席，第1名和第3名分别为中国的宁德时代（CATL）和比亚迪（BYD）。CATL动力电池核心技术配套全球主要汽车跨国公司。
2012年，国务院发布《节能与新能源汽车发展规划2012—2020》，确立“纯电驱动”技术转型战略，在全球率先大力度开展电动汽车商业化推广，引领全球汽车工业电动化转型潮流。一些国家和大部分国际汽车大公司纷纷发布全面电气化时间表。2014年，发展新能源汽车受到中央领导核心的重视，习近平总书记亲自确立了发展新能源汽车的汽车强国战略，开启了中国新能源汽车规模产业化新阶段。2018年，中国新能源汽车年产销量超过125万辆，占全球一半以上。习近平总书记在2018年两院院士大会上指出：在着力引领产业向中高端迈进方面，新能源汽车与第3代核电“华龙一号”、掘进装备等跻身世界前列。2018年11月，全国政协召开“促进新能源汽车产业健康发展”双周座谈会，建议研究制定面向2035年的新能源汽车发展战略规划。2019年2月1日，工信部正式启动《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》。
经过了自2001年以来近20年的积累，电动汽车换道先行引领全球，同时可再生能源建立中国优势、人工智能走在世界前列。2020—2035年将是新能源电动汽车革命、可再生能源革命和人工智能革命突飞猛进、协同发展、三位一体、创造新能源智能化电动汽车这一战略性产品和产业中国奇迹的新时代。3大技术革命和3大中国优势集成在一个战略产品和产业，将爆发出巨大力量，不仅支撑汽车强国梦的实现，而且具有全方位带动引领作用，助推中华民族伟大复兴的中国梦。预计2025年左右是技术和性价比等全方位突破的关键转折点，2035年是初步进入成熟阶段的重要节点。3个基本判断如下：1）2035年将基本上全面实现汽车动力电气化。各种新能源汽车技术全面成熟，新能源汽车市场占有率超过50%，约2/3，加上各种油电混合动力，基本占领全部市场。新能源汽车保有量超过1亿辆，预计在1亿~1.5亿辆之间。2）2035年将基本上全面实现能源低碳化。可再生能源技术基本成熟，尤其是高效低成本光伏技术大规模推广，新能源发电成本低于煤电，非化石能源发电占总发电比例超过50%，大约2/3左右。3）2035年将基本上全面实现整车智能化。驾驶智能化、制造智能化（工业4.0）、智慧能源技术基本成熟，带有不同级别自动驾驶功能的汽车将基本占据全部市场。
2012年，国务院发布《节能与新能源汽车发展规划2012—2020》，确立“纯电驱动”技术转型战略，在全球率先大力度开展电动汽车商业化推广，引领全球汽车工业电动化转型潮流。一些国家和大部分国际汽车大公司纷纷发布全面电气化时间表。2014年，发展新能源汽车受到中央领导核心的重视，习近平总书记亲自确立了发展新能源汽车的汽车强国战略，开启了中国新能源汽车规模产业化新阶段。2018年，中国新能源汽车年产销量超过125万辆，占全球一半以上。习近平总书记在2018年两院院士大会上指出：在着力引领产业向中高端迈进方面，新能源汽车与第3代核电“华龙一号”、掘进装备等跻身世界前列。2018年11月，全国政协召开“促进新能源汽车产业健康发展”双周座谈会，建议研究制定面向2035年的新能源汽车发展战略规划。2019年2月1日，工信部正式启动《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》。
经过了自2001年以来近20年的积累，电动汽车换道先行引领全球，同时可再生能源建立中国优势、人工智能走在世界前列。2020—2035年将是新能源电动汽车革命、可再生能源革命和人工智能革命突飞猛进、协同发展、三位一体、创造新能源智能化电动汽车这一战略性产品和产业中国奇迹的新时代。3大技术革命和3大中国优势集成在一个战略产品和产业，将爆发出巨大力量，不仅支撑汽车强国梦的实现，而且具有全方位带动引领作用，助推中华民族伟大复兴的中国梦。预计2025年左右是技术和性价比等全方位突破的关键转折点，2035年是初步进入成熟阶段的重要节点。3个基本判断如下：1）2035年将基本上全面实现汽车动力电气化。各种新能源汽车技术全面成熟，新能源汽车市场占有率超过50%，约2/3，加上各种油电混合动力，基本占领全部市场。新能源汽车保有量超过1亿辆，预计在1亿~1.5亿辆之间。2）2035年将基本上全面实现能源低碳化。可再生能源技术基本成熟，尤其是高效低成本光伏技术大规模推广，新能源发电成本低于煤电，非化石能源发电占总发电比例超过50%，大约2/3左右。3）2035年将基本上全面实现整车智能化。驾驶智能化、制造智能化（工业4.0）、智慧能源技术基本成熟，带有不同级别自动驾驶功能的汽车将基本占据全部市场。
一、锂离子电池特性
锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。
锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。
保护措施：锂电池电芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。
要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。
