锂电池为何会成为定时“炸弹”呢?锂电池的防爆措施有哪些?
1976年3月,美国埃克森石油公司工程师惠廷厄姆制造出了首个锂电池原型——他用钛硫化物作为负极,锂金属作正极,依靠锂离子在“正极—负极—正极”间的运动形成电流,完成充—放电过程。锂电池在能量密度、自放电程度等各项指标上,都大大优于当时其他的可充电电池,从而引发了科学界和企业界的研发热潮。上世纪80年代,人们对锂电池不断进行改进,如采用含锂化合物作正极、碳素材料作负极,使它体积更小、能量密度更大、运行更稳定、价格更便宜,锂电池于是逐渐成为可充电电池的主流,特别反映在便携式电子装置上,甚至已被用作电力汽车的动力。
电解液中埋下“飞弹”
据美国知名科普作家马歇尔·布雷恩在锂电池系列文章中的介绍,锂电池爆炸绝大多数是由短路引起的,具体原因包括充电过压/过电流、使用老化等。
锂电池的制造过程中,因为制造工艺本身的纰漏,很容易在本应绝缘的两极之间,留下金属粉尘、铜箔、铝箔碎片。这些角料在电池较热(多见于长时间使用或充电时)时,就像沸水中的米粒一样,在电解液中作随机性热运动。如果恰好有微粒或碎片接近电池正负级中间的隔膜,就可能造成隔膜穿孔,进而引发微短路。由于电池内的有机电解液属易燃物,微短路可能造成爆炸、燃烧等事故,一般有以下三种情况:
1.产生火花点燃电解液,进而殃及塑料机身和与之接触的易燃物,造成火灾;
2.引起电池内温度急骤上升,电池内空间很狭小,可能因压力增加而爆炸;
3.电池内温度上升较慢,电池外壳逐渐溶化,使有腐蚀性的电解液泄漏。
锂电池的安全隐患目前无法杜绝,因为再先进的制造工艺,都难免会在电解液中埋下“飞弹”。需要指出的是,正规部门对锂电池的生产、销售都有严格规范,质量合格的锂电池内,碎片的数量和大小都被控制在很小的范围内,穿破隔膜的几率极低;电池外壳也采用阻燃材料,不容易产生明火。
锂电池的防爆措施
锂电池的安全隐患,电池制造商当然心知肚明,那么他们采用了哪些防爆措施呢?以笔记本电脑锂电池为例,其工作原理是:锂电池在充电接近充满、放电接近放干的时候,电压会下降,控制电路检测到这种情况后,通知保护电路切断电源,以防止过充或过放,以免电池寿命缩短。
目前的笔记本锂电池都具备较为完善的多级保护机制,即使在电源充电器、笔记本电脑出现异常的情况下,笔记本电池也能转为自动保护状态,一般不会发生爆炸。但一旦控制电路和保护电路的工作能力减弱时,电池就濒临“危险”了。手机等电子产品的锂电池充放电保护机制,与此类似。
不需对它“敬而远之”
近年来锂离子电子产品爆炸事件屡见报端,引起了很多消费者的恐慌,一些人在为自己的手机、MP3充电时往往“敬而远之”;还有人因为害怕,干脆长期将笔记本电池弃之一旁,造成报废。但从调查结果来看,大多数锂电池爆炸事件都是因用户不注意安全提示,如擅自改装、使用不匹配的充电器、将电池置于极端环境下等造成的。
需要指出的是,锂电池技术作为一种经过30多年研究、已成功实现商业化的成熟技术,其安全性是有保证的。正规厂牌的锂电池在出厂时都会经过无数道测试程序,售出后还有信息反馈机制,以便对问题产品及时召回。
美国交通安全管理局(TSA)给出以下安全使用锂电池的建议:
1.使用原装充电器:充电时间是锂电池爆炸事件的高发期。原装充电器比兼容充电器更能保证电池安全。
2.使用可靠的电池:尽量购买原装电池,不要为省钱而购买“二手货”或“水货”,这类电池可能经过维修,不如原装电池可靠。
3.不要将电池置于极端环境:高温、碰撞等都是电池爆炸的重要诱因,尽量让电池处在一个稳定的环境中,远离高温的地方。
4.别尝试改装:不少年轻人喜欢给自己的手机“美容”,更有人“胆大心细”地把手机自行改造。但不当改装却极易酿成事故。手机是一种精密的通讯设备,在设计时,厂商会对其安全性进行严格的考证。改装后,电池可能处在之前未被考虑到的环境,增加了安全隐患。
铝塑膜外壳电池较安全
在深圳做电池生产十几年的王先生透露,如果要完全正规地生产电池,成本一般要15~20元,零售价肯定要超过30元,所以一二十元的廉价电池肯定会偷工减料,采用质量较差的电池芯。
“电池芯分钢壳、铝壳和铝塑膜的,钢壳和铝壳比较便宜。”王先生说,钢壳强度最高也最危险,因为钢不容易变形,达到膨胀变形时,内部已经积攒了很多气体,一旦爆起来威力就很大,“就像弹壳一样”。这次炸瞎江先生的电池,就是钢壳电池。现在有些大品牌厂家使用铝塑膜外壳的电池,相对安全很多,不过成本要比钢壳的贵两成,占市场份额一成都不到。
改装电池 有如手雷
一名电池生产厂家说,改装手机电池十分危险,因为被改装后,电池的电压特性被改变,导致收集电量显示不准确,加上改装后可能引起散热问题,这也是爆炸的重要原因。
质监部门提醒:新电池首次充电时可用手触摸外壳温度是否过高,一般电池充电初期(1小时内)会发热,但温度不会太高;过后温度会接近环境温度;若充电1小时后,电池外壳温度很高(烫手),则有可能电池充电保护电路存在问题,为安全起见,应停止使用。此外,不要频繁充电,避免长时间充电,充满即可。如果电池不慎摔过或被重物撞击过,不要急于充电,一定要检查电池的外壳是否有裂纹,充电时注意电池外壳温度是否异常,以免内部保护电路损坏造成意外发生。