鉅大LARGE | 點擊量:906次 | 2018年10月01日
為什么鋰電池會變身“定時炸彈”?
近些年來,由鋰電池引發的爆炸事故頻頻發生。生活在現代,但凡目力所及,總能看到些藏著電池的物件:低頭刷著的手機、不停敲擊的筆記本電腦、路邊停泊的汽車……都由鋰離子電池暗中供能。而對鋰離子電池安全隱患問題的討論,一直以來不絕于耳,畢竟這些電池生來就是“爆”脾氣。
為什么鋰電池會變身“定時炸彈”?
商用的鋰離子電池主要由四部分組成,分別是正極、負極、隔膜和電解液。
充電時,鋰離子從正極中出來,經過電解液,穿過隔膜到達負極,放電時則相反。于是,隨著電池的使用,鋰離子如同一輛公交車,攜帶著作為乘客的電荷們,不斷地在兩極間往返,完成充放電的功能。而隔膜的作用就是阻隔正負極,防止短路的發生。
這種四位一體的設計,給鋰離子電池帶來了巨大的成功,但卻也在多個方面埋下了隱患。
首先,電池內部的電解液含有大量有機物,比如碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯。這些家伙一個個都自帶燃爆屬性,臉上寫著“遠離火源”四個大字。
此外,一塊電池的正負極一旦短路,就會大量發熱,甚至產生火花。不少人小時候可能做過這樣的實驗:拿鐵絲把一節電池的正負極連起來,鐵絲會變燙,甚至可以拿來切泡沫,就是這么個原理。
既然短路這么危險,人們自然就想到要用個東西把正負極隔起來,于是就引入了隔膜。
然而,現代電池追求小體積,為了保證能量供給,正負極和電解液都不能少,那么就只有去壓榨“不那么重要”的隔膜體積了。于是,電池隔膜被“削減”地越來越薄,主流的鋰離子電池隔膜厚度僅有20微米左右。也就是說,兩片隔膜疊起來的厚度,剛好接近一根頭發的直徑。
這層薄膜一旦破損,問題就會很嚴重。2016年,三星Note7電池火災就是因為隔膜太薄,容易被一些焊接毛刺壞,從而導致電池短路引發爆炸。聽起來,這些電池算是受了“工傷”了。
即便沒有這些焊接毛造成的“工傷”,電池本身也暗藏著刺穿隔膜的隱患,這類現象叫做“枝晶”。
枝晶這個問題,算是一種寫在鋰電池“基因”里的病。因為動力學等因素,鋰電池在使用過程中,電極的表面會形成一些“小毛刺”,這些小毛刺就叫做”枝晶“。而且枝晶會越長越大,最終就會穿透隔膜,造成短路。
枝晶這種只有幾微米的小家伙,曾經搞垮了一家電池領域的大公司。
1970年代后期,有一種使用金屬鋰作為電極的電池,可以在相同重量下,儲存比其他電池更多的電能,因而備受青睞。當時“大哥大”手機就是使用這種電池。持有這種技術的是一家名叫MoliEnergy的加拿大公司。然而,這種電池問世不到半年,因枝晶問題發生了多起爆炸事故,被全球召回。盛極一時的Moli公司,從此一蹶不振,最終以被一家日本公司收購,草草離場。
超薄的隔膜、可燃的電解液、暗流涌動的枝晶——整個電池就像是把“火藥桶”和“打火機”關在一個小屋子里,然后用一層“保鮮膜”隔開,想想都很驚心動魄。
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