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鋰電池容易爆炸嗎?

鉅大LARGE  |  點擊量:29545次  |  2018年05月13日  

摘要
只要是鋰電池,就有存在爆炸的風險,只是這是風險概率很小。但是一旦爆炸,容量越大的鋰電池爆炸的威力就越到。

只要是鋰電池,就有存在爆炸的風險,只是這是風險概率很小。但是一旦爆炸,容量越大的鋰電池爆炸的威力就越到。


計算一下,一顆滿電2.6AH的18650型三元鋰電池,所帶電量為2.6*3.65*3.6=34.164千焦的能量。而一般手槍的槍口發射時產生的能量在2.2千焦左右.1焦耳相當于1牛頓的力使物體在力的方向上移動1米時所做的功,所以在手槍50米的范圍內,可以輕松擊殺敵人。想想看,一輛特斯拉需要使用7000多節3.4AH的18650型號鋰電池哦。


電池爆炸的一個重要誘因即是電池短路(即電池所在的電路中沒有用電器,以至短時間內通過電池內部的電流過大的現象),而無論是電池短路還是過度充電(鋰電池爆炸的另一個重要誘因,即電池充電電壓高于其設定的上限),都會導致鋰電池內部在短時間內積聚大量的熱量和氣體(鋰電池工作時會生成氣體),這樣一來,為了釋放壓力,鋰電池要么會激發內部的壓力釋放裝置,壓力過大就會直接使其外殼裂開,而這兩種情況均會導致電池內部材料直接接觸空氣,從而發生燃燒,嚴重時就是爆炸了??偠灾?,就是熱失控。


前面提到,鋰電池爆炸有兩個重要的誘因,一個是短路,一個是過充。短路很容易理解,就是電池正負極直接接觸。第一,正常短時間內的,小面積內的短路所產生的熱量其實很少,不會造成熱失控。電芯本身設計時使用有個防爆閥,意思就是當電芯內部壓力超過了一定的值時,就會沖開防爆閥,熱量快速消散。第二就是正常使用的電池充電設備都防過充保護,當電池電壓達到一定值時就會停止充電。第三電芯本身殼體就是鋼殼,具有很好的保護性。


不會爆炸


鋰聚合物電池用久了里面會產生氣體,所以會膨脹。


到一定程度的時候,電池外殼的封口處會漏液,所以還是不要用的好


、為什么用鋰離子電池?相較于其它種類的充電電池,鋰離子電池有許多優點,這其中最重要的一個,就是它的能量密度。鋰離子電池的電極一般是用鋰化合物和石墨(純碳)所構成,兩者都是非常輕的材料,同時鋰也是一個反應性非常強的元素,因此原子的鍵結中可以存放更多的能量。這兩者相加,就意味著在現有的充電電池中,想擁有同樣的蓄電量的話,鋰離子電池是最輕的,適合手機、筆電、數字相機等隨身物品使用。此外,鋰離子沒有記憶效應,也就是說鋰離子電池不必先把電力放光才能再充電,而且蓄電量也不會太快減少,大約每個月減少0.1%的電力(算上保護回路的需求也才5%,鎳氫電池大約每個月減少20%)。最后,它還可以歷經數百次的充放電,依然生龍活虎。


但鋰離子電池也有缺點。其中最主要的一個,就是它的總蓄電力(最大電量)會隨著出廠時間增加而減少--無論你用不用鋰離子電池,出廠2~3年后電池的最大蓄電力都會大幅降低,甚至無法使用,因此「買了放著」是完全錯誤的做法。其次,鋰離子電池很怕熱,在高溫的環境上最大蓄電量降低的效應會被加速,這部份后面會再補充。再者,鋰離子電池也怕過放電,一但放電超過某個程度,電力可能會再也充不進去。當然,鋰離子電池還有會爆炸的危險,這是大家都知道的。


為什么鋰離子電池會爆炸?這要從它的化學性質談起...鋰離子電池的化學小姜這里盡量不講的太深入(其實是自已也不是完全懂orz),但簡單來說,鋰離子電池和所有充電電池一樣,都有一個正極材料和一個負極材料,在這里正極材料是通常是鋰鈷氧(LiCoO2),而負極材料則有很多種,最常見的石墨(碳)。充電時鋰鈷氧中的鋰離子會游過中間的電解質,附著在負極上,而放電(上圖)時則是相反,從負極的碳游回鋰鈷氧這一側。


在一顆以石墨為負極的鋰離子電池里,是用一層鋰鈷氧,一層裝有電解質的分隔物、一層石墨為一組,一組一組的迭起來。在手機電池那種薄型電池中,里面就是這樣一層一層迭起來的,而在筆電里則通常是把這一片片的材料卷成圓柱狀,變成像3號電池那樣的東西。在鋰離子電池中,帶有最大的危險的不是兩個電極,而是中間的有機電解質溶劑,以易燃的醚類最多。當電池因為任何原因短路時,電池內能量會在短時間以熱的形式釋放出來,點燃這些做為溶劑的醚類,引發爆炸。


過放電時鋰離子會和鋰鈷氧直接發生反應,產生氧化鋰和氧化鈷。這個反應是不可逆,所以過放電的鋰離子電池就等于報銷了。


鋰離子電池很容易爆炸嗎?在工研院得到的經驗是:「怎么這么難爆??!」在工研院,他們裝了一臺機器,用鉆頭刺穿平板狀況的薄型電池,基本上必需要是新的、充飽電的電池才有最大的爆炸危險,只要是用過一段時間的電池,不僅最大電壓會大為降低,而且里面使用的材料也會「鈍化」,變得不那么容易反應。我們準備了一大堆舊電池準備要爆個過癮,沒有想到的是,不僅全部的舊電池都沒爆掉,連全新的電池都不見得每顆都爆。這是不是說買二手的電池搞不好比較安全?XD


但是爆炸是一回事,我們從探針上的溫度計還是看到了非??膳碌臏囟?,電池短路后內部溫度常常在100度以上,想必這么燙一塊東西放在褲子口袋里還是不可能舒服的吧!


鋰離子電池有什么安全措施?為了避免鋰離子電池過熱,甚至爆炸,現代的鋰離子電池內建了許多自我保護的機制。首先,每顆鋰離子電池(或在筆電的例子中,整組電池組)都內建了一顆控制芯片,這顆控制芯片會監控電池的電壓(電池組的話,會監控其中每個電池的個別電壓)和溫度,超出設定的范圍,芯片就會自動斷電。此外,每顆電池還會設計排氣孔,讓因高溫產生的氣體可以順利地排掉,不至于累積產生爆炸。


這些保護措施對沒有實體受到傷害的電池來說是足夠了,但如果是被破壞(例如被穿刺)的鋰電池怎么辦?這就是工研院新研發的STOBA電池的強項了。STOBA電池在電解液內加入了一種「奈米級的高分子材料」,當受熱時,這種高分子材料會聚合成一種具有隔離效果的薄膜,阻止鋰離子的流動,切斷暴走的短路電池繼續加熱電池的可能。這種技術不僅阻止電池爆炸,也阻止了電池可能過熱的危險,大部份我們看到的實驗,溫度都沒超過攝氏60度--還是會燙,但至少沒有引燃周圍可燃物的危險。


另外兩個影響蓄電量降低的因素,一是溫度,二是電池充多飽。無論你做什么(或不做什么),鋰電池的總蓄電量都是不斷地在下降的,但高溫和充到飽卻會加速下降的速度。因此買一臺不那么熱情的筆電,不僅對生育能力有正面的幫助,對減緩電池的蓄電量的降低也是幫助很大的。另外,如果計算機有相關的設定的話,將電池充到八分飽能將蓄電量降低的速度減少為一半--意即如果每次都將電池充到飽,一年之后本來可以跑4小時的計算機只能跑2小時的話,那每次都只將電池充到八分飽,一年之后計算機還可以跑3小時。


鋰離子電池的電極一般是用鋰化合物和石墨(純碳)所構成,兩者都是非常輕的材料,同時鋰也是一個反應性非常強的元素,因此原子的鍵結中可以存放更多的能量。這兩者相加,就意味著在現有的充電電池中,想擁有同樣的蓄電量的話,鋰離子電池是最輕的,適合手機、筆電、數字相機等隨身物品使用。此外,鋰離子沒有記憶效應,也就是說鋰離子電池不必先把電力放光才能再充電,而且蓄電量也不會太快減少,大約每個月減少0.1%的電力(算上保護回路的需求也才5%,鎳氫電池大約每個月減少20%)。最后,它還可以歷經數百次的充放電,依然生龍活虎。但鋰離子電池也有缺點。


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