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电池知识

仅从手机电池的角度考量这类安全问题,到底锂离子电池为什么会爆炸?

来源:宝鄂实业    2019-05-16 21:11    点击量:
几个月前,三星Galaxy Note 7刚一问世,便吸引了客户的眼球。没想到短短几个月的时间,他们就完成了从科技频道向新闻频道的蜕变。一起接着一起的着火和爆炸的事故,把潜在的客户变成了吃瓜群众,一边看新闻,一边心想,三星叕炸了。而在他们生产的250万个锂离子电池中,共发生了35起事故。。。


如果仅从手机电池的角度考量这类安全问题,到底锂离子电池为什么会爆炸?

首先我们从锂电池的工作原理开始讲起。锂电池的组成分为正负两极,中间夹着隔膜,隔膜上填充着电解液。如果不好理解,可以把正负极比作牛郎和织女,隔膜比作银河,电解液比作银河里面的水。牛郎会隔着银河通过摆动水向织女送秋波,这个过程没有水不能完成。秋波每到达织女那一次,他们就放一次电,这个过程是缓和的,放出来的电可以让大家利用皆大欢喜。如果牛郎通过搭桥等各种方式直接到了织女那边,那么他们就会腻在一起时刻放电。他们两个之间瞬时会有很大的电流通过。这样的结果很恐怖,银瓶乍破水浆迸,铁骑突出刀枪鸣。

用更科学的语言解释一遍:通常锂离子储存在正极上,充放电的时候通过锂离子在正极和负极循坏的一个运动,从正极迁往到负极,再从负极迁移回正极。锂离子在正极和负极的每一个运动都不是平白无故发生的,而是需要一定能量来驱动的。那么当锂离子,从一个电极迁移到另一个电极时,也就是我们说的充/放电,在循环往复的迁移中,也就伴随着能量的存储和释放

锂离子电池,是由正极,负极,电解液,和隔膜,加上外部的电级壳构成的。一个成型的锂离子电池产品,还有配套的保护电路,一方面可以感知到电压电流,另一方面还与用电设备进行信息沟通,以此保证电子产品及时显示电池本身的一个电量状态。如果保护电路设计不当或者运行不当,使用过程中会对充放电的电流电压信号有干扰 ,导致对电池状态判断错误。从而使电池本身实际电量和显示电量出现差异,甚至造成保护电路对电池控制的失效。在后续的充放电过程中,电流和电压的调节可能会出问题,最终导致对电池内部的构造造成损失。


三星爆炸可能原因: 电池和电路两方面可能性

根据官方解释,三星子公司生产的这批电池,正负极存在接触的问题。在使用过程中,正负极的接触会导致整个电池的短路。也就是说,在使用的过程中,电池不断进行产热。这个热量不断的集中,到达一定程度后,整个电池就会膨胀,就有发生燃烧和爆炸的可能。然而电池的正负极短接在整个电池的问题中,是非常低级的。造成短接的原因有很多:比如说在电池生产过程中,工艺没有达到相关的标准,造成电池本身质量的问题。这样,非常容易造成消费者的不正常使用。在电池的生产过程中,企业是应该非常注重和关心这样的问题的。

 

其实,造成电池爆炸问题有很多原因。内部短路是一种;高温,高湿度,摔手机等外部冲击是另一种。不论是哪种,最终都会显示到电池内部热量的积聚上。因为电解液普遍使用的是有机溶剂,有机溶剂遇高温容易分解,导致电池膨胀甚至爆裂。这个过程就像在一个没有安全阀的高压锅里做饭,最后非常容易爆炸。

锂电池的安全问题是一个科学和工业结合的问题。从科学上讲,为了避免正负极的短接,在正负极两者之间,设计了绝缘性的隔膜,让锂离子通过,这样一种设计既为锂电池功能提供了可能性也增加了安全性。但锂电池电解液大范围使用的有机溶剂在极端情况下会产生问题,这是材料本身的性质决定的。除非出现革命性改变,否则只能通过各种手段减少出问题的概率。目前行业内可以把概率控制在百万分之一。其次,在工业生产中,一系列的流程非常复杂,很多跟锂离子电池相关的部件是不可以和空气水相接触的,整个的电池组装,生产,把控非常严格。在生产过程中如果说,每块电池的标准都能达到标准参数,那么从产业上来说,电池的安全性是没有问题的。所以说这也是产业的问题,也决定了整个电池的成本。有些厂家,为了节省成本,生产出来的电池,质量不高,那么电池的安全性也受到很大影响。

 

更安全的新技术的发展都在实验和研究的过程中,任何新技术的提出都是需要一定时间的积累才可以被应用的。第一块锂电池在上个世纪90年代才被商业化。现在的新技术,主要针对目前电池的瓶颈提出,比如,容量,安全性能等。有很多大容量的负极材料,已经进行了商业生产。比如说硅负极的理论容量是当前我们锂离子容量的 10倍。还有我们说的全固态电池,也是直接针对液态锂离子电池的安全问题进行展开研究的。全固态电池把我们中间的隔膜和电解液换成固态的电解质,这样避免有机电解液的使用,从而提高电池的安全性。


电池安装到电子产品上后,后续的安全问题主要和我们消费者的使用习惯相关。

首先,过充是引起自燃自曝的很重要原因。某些商家为了节省成本会使用,成本不高的保护电路,或直接不使用。这样,消费者在直接使用充电器长时间过充后,会导致电池内部电压电流过高,内部电解液发生化学变化,手机就会进一步会膨胀,自燃自曝,所以大家尽量避免过充。

 

现在市场上所谓的闪充,是通过控制电路,去改变手机充电时的电压电流,让手机在大电流高电压的情况下来充电,而实现快充的。因为我们没有办法通过电池本身设计让他达到快充的目的,只能是尽可能提高电池在大电流高电压下的容量,但这会存在寿命和安全性的问题。在我们需要进行快充的这种需求下,基本的性能还要满足我们的需要,就要求我们可以平衡快充电池技术和电池性能的搭配。快充也让锂电池的实际容量不能得到体现和发挥。如果使用小电流的话,充电可以更充分,使更多电荷储存在我们的手机电池里,我们也就可以使用更多电量。相反,我们在用大电流充电时,反复用大电流循环过几次后,电池就会越来越不经用。

对于锂离子电池而言,深度的放电充电,对电池本身而言是不利的。它不像我们的传统其它类型电池,不存在记忆效应。不论在什么状态下进行充电,对锂离子电池来讲,几乎是没有影响的。因为电池的电压和电流,通过保护电路和我们电子产品进行链接,所以手机提醒你“电量过低”时就意味着其实你的电池内部已经需要充电了。


建议,消费者在日常使用的时候,通过改变一些自己的使用习惯降低手机的部分安全隐患:尽可能在干燥非高温环境下使用;尽量避免过充,当你发现电池接近和达到100%就请停止充电;同时避免电池的撞击挤压,不要针刺破坏电池的内部结构。最后建议对于废弃的锂电池请不要随便扔垃圾桶,这样可能会引起火灾。

锂离子电池按照正极材料分钴酸锂(主要用在手机电池)、三元(现在电动车用的最多,充电宝等低端的消费产品)、磷酸铁锂(电动车、储能)、锰酸锂(一些低成本的、快充的),使用的负极材料一般为石墨。按照负极划分的话就是石墨负极,钛酸锂负极(比如珠海银隆,主要用在快充、倍放,但能量密度太低,日本还用在储能)、硅碳负极(暂时应用的比较少)。说的铁电池就是用磷酸铁锂作为正极的电池,还有银隆的钛电池,就是负极用钛酸锂...

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