能被枪射击一次也不会爆炸的锂离子电池是什么样的？
来源：宝鄂实业
2019-05-25 19:28
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作为我们日常生活中很常见的电池来说，现在的电池安全问题是至关重要的。电动车的铅酸电池的自燃，手机锂电池的充电爆炸等问题已经是有很多的案例了。锂离子电池于1991年首次由索尼公司商业化，几乎充斥了每一个21世纪的电动产品：手机、笔记本电脑、无线耳机和无绳电动工具等，更甚者是现在的电动汽车。
曾经有部分专家曾称电池起火的概率大概是千万分之一，远比你被闪电击中的几率低得多。人体被闪电击中的几率大约为一百多万分之一。但从身边发生的事实来看的话，真实情况并不是像某些专家说的那样。
假如电池的结构完整性遭到破坏或者存在一定的制造缺陷，例如2016年三星Galaxy Note 7的制造缺陷，那么电池的稳定性及安全性就变得让人十分担忧了。这就是为什么即使我们现在仍然使用包含锂离子电池的设备，我们仍然没有对电池的安全性是十足的信心。
但如果可以消除这一疑虑呢？如果能够使锂离子电池的安全性能变得十分可靠，即使发生灾难性的结构性故障，包括被子弹刺穿这种严重的结构性故障，也不会导致电池的自燃或者爆炸。这样的问题我想不止一个人想过，但是到底能不能实现呢？
据称现在有一家名为Amionx的公司制造出的Safe Core电池能实现这一重大的目标。这家小型加利福尼亚公司声称它创造了一种锂离子电池，即使压碎、射击或以其他方式破坏也不会自燃或者爆炸。
有媒体曾对这种神奇的电池做了一个实验，当他们用尖刀刺伤，有枪射击并敲砸某品牌的电池时，它们会爆发出美丽、灿烂而且可怕的火焰。但在相同的实验条件下，Safe Core电池却没有发生燃烧或者爆炸的现象。
根据Amionx的说法，该公司的突破不仅仅是一种不易燃烧的电池。该公司的科学家发现了一种他们声称可以轻松应用于现有电池生产线的新技术，在无需新机器的情况下，为世界上任何锂离子电池带来这一里程碑式的突破。
该公司表示现有的机器设备每年可生产一百万个锂离子电池，而且它们不仅仅用于展示。美国锂电能源公司（Amionx的母公司）与美国军方合作为美国军方供应电池。用于重型卡车和轻型装甲车辆，如MRAP等项目。公开的记录显示该公司迄今已从军队获得了277万美元的研发补助金。
我们所看到的似乎是典型的普通电池制造工艺。但Amionx的化合物是一种特殊的配方，用了四年时间才创造出来。当电池发热，并有可能着火时，Amionx的特殊材料就像电熔丝，在电池的两个关键部件之间形成物理间隙。这个差距意味着电力被迫通过电池更加艰难的路径，这大大减缓了电池因为过热以至于着火或者有爆炸反应的可能性。
Amionx的创始人兼首席技术官江帆博士承认，今天的锂离子电池有各种其他可以防止火灾的机制，包括电流断路器，停机分离器和PTC（正温度系数）设备，但他说所有这些都可能失效。电池发热放热的速度之快，足以让某些安全机制可能会在它们采取行动之前完全融化。官江帆称“这就是为什么有时即使他们有关闭分离器，他们仍然会有这些爆炸事件。”
为了测试Amionx的安全性，他们利用一台设计用于将巨大的重物放在平放在电池顶部的金属条上的机器冲压电池，瞬间彻底压碎大部分电池，而另一台则用巨大的钉子慢慢刺破它。
首先测试者尝试使用标准的锂离子电池组，内部没有Safe Core材料。当钉子进入时，电池的反应速度令人震惊。它像一个气球一样膨胀，冒出一阵烟雾，射出绯红的火花，最后爆炸成一个巨大的火焰柱，到达测试室的天花板。所有这些都在6秒内发生。使用破碎机，相同的反应仅需3秒钟。
但是当测试者将Safe Core处理过的电池放置在相同的折磨设备中实验时，电池并没有发生凸起，也没有烟雾，更没有火焰射出。被刺破的破碎电池在被压或者穿透后的10分钟内是热的，甚至可能很烫手，但是就是没有爆炸。
同样测试了子弹穿透电池也是相同的测试结果。但是虽然Safe Core电池可能能够承受一颗子弹而不燃烧或者爆炸，但Amionx称他们只能安全地承受一颗子弹的冲击。该公司称这些电池内部仍然存在易燃液体，被穿透后它正从漏洞中漏出......第二次射击可能会引发火花并引发火灾。
这种的成功实验似乎也支持第三方测试。着名的产品测试公司Underwriters Laboratories（UL）对一些Safe Core电池进行了测试，发现它们具有相似的结果。
目前至少有一家科技巨头在Safe Core上表现出了信心。高通公司是去年在Amionx上投资的公司之一。该公司称“在对知识产权和技术进行尽职调查后，我们感到很自豪的是，Amionx Safe Core的差异化有助于为锂离子电池的供应商和消费者提供价值。”
即使Safe Core比传统的锂离子电池更安全，制造商也有可能坚持下去。但是有人认为目前来说这是一个不必要的，昂贵的权宜之计。研究人员目前正致力于研究用水甚至固体聚合物材料代替这种易燃液体电解质的电池。那些所谓的固态电池就是电池先驱Goodenough目前正在开发的产品，这也是一大批电动汽车公司正在大肆投资的产品。宝马、大众、丰田、本田和日产正在投资这项技术。
Amionx表示，Safe Core的成本很低，只需要许可费，公司可以自己获得的廉价化学品，也许电极层压机需要运行20％才能正确应用Safe Core层。Amionx表示，它的发明理论上可以通过防止过度充电来改善固态电池，这是固态电池无法避免的。
还有成本因素。根据范博士的说法，现实情况是，电池公司确实计算出他们可以承受的潜在损失有多大，平衡罕见火灾的责任风险与更换电池的成本。鉴于消费电子行业利润微薄，公司可能会投资于客户愿望清单上更高的产品改进：制造电池寿命更长、重量更轻或者充电速度更快的产品。但2016年三星的Galaxy Note 7危机向我们展示了当电池火灾可能性超过正常0.00001％的可能性时会发生什么。如果另一起此类事件导致伤害甚至死亡，它可能会对相关公司和整个行业产生巨大影响。
因此，目前，Amionx首席执行官Jenna King正在推销Safe Core作为针对这种可能性的一种保险形式：“如果将它放在那里并不会花费我太多，但它会让我不会失去生命......当你看到风险/收益情况时，我认为这种技术最终有意义出现在世界上每一块锂电池中。”如果将来这样的电池能真的像该公司声称的那样安全的话，未来全面的替换现有的锂电池也不是没有可能的。锂离子电池已是现代高性能电池的代表，应用最为广泛，其主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。而今消费电子和动力电池对能量密度提升的需求，推动着正极材料不断进步——通常，人们采用的是锂、氧和一种过渡金属的化合物为电池正极，这其中，正是过渡金属负责储存和释放电能，其性质也是电池容量的关键。
现阶段最常用的过渡金属是钴，而此前科学家研究发现，如果用镁取代钴，可以在提高容量的同时降低成本，但镁也有一定缺陷——电池性能退化太快，仅两轮充放电后就出现大幅下降。
据美国西北大学官方网站介绍，此次团队研发的新材料是掺有铬和钒元素的锂镁氧化物，其用作锂离子电池的正极，电池容量出现了大幅提高，同时兼具性能稳定、不会迅速退化的优点。
西北大学研究小组先是为锂镁氧化物材料建立了一个结构模型。该模型详细到了单个原子，团队借此分析了全部充放电过程，发现其中的氧也会参与存储电能，因而容量比以往要大。
