如舞臺(tái)虎獅表演，必須由馴獸師來(lái)指揮，目前鋰電池之“獸性”尚未被人們弄清與掌握，在應(yīng)用于大容量?jī)?chǔ)電及車(chē)輛運(yùn)行惡劣工況之條件下須慎重應(yīng)對(duì)
沙永康
中國(guó)對(duì)新能源汽車(chē)的熱情所帶來(lái)的風(fēng)潮，正在使曾經(jīng)在移動(dòng)通信和移動(dòng)視聽(tīng)方面帶來(lái)極大便利的鋰電池成為最熱門(mén)的競(jìng)爭(zhēng)和關(guān)注點(diǎn)之一。
但是，當(dāng)更多人在續(xù)航里程、電池壽命甚至廢舊電池如何處理等方面絞盡腦汁時(shí)，一個(gè)非常重要的根本問(wèn)題似乎被忽視了，那就是——它足夠安全嗎?
1978年3月，供職于美國(guó)埃克森石油公司的化學(xué)家(工程師)斯坦利·韋廷漢姆發(fā)明鋰電池時(shí)，或許并未想到此后的30多年間，這項(xiàng)發(fā)明給人類的科技生活帶來(lái)了巨大的改變，而鋰，這個(gè)自然界已知的最輕金屬?gòu)拇俗兊门c人類更加親密起來(lái)。
當(dāng)時(shí)，韋廷漢姆把鈦硫化合物做負(fù)極、鋰金屬作正極，制成了世界上第一個(gè)鋰電池原型。
其工作原理是通過(guò)鋰離子在電池正、負(fù)極之間形成電流循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)充、放電的過(guò)程。因此鋰電池又被稱作鋰離子電池。
幾十年里，經(jīng)過(guò)不斷對(duì)正負(fù)極材料進(jìn)行改進(jìn)，體積更小、能量密度更大以及價(jià)格更低的鋰電池被制造出來(lái)，移動(dòng)電話的問(wèn)世，進(jìn)一步推動(dòng)了其微型化和輕量化，后來(lái)又普及于微型電子產(chǎn)品，如音樂(lè)播放器，今天更被看作成風(fēng)潮正勁的電動(dòng)汽車(chē)的必然之選。
但是，近幾年手機(jī)和音樂(lè)播放器電池頻發(fā)的爆炸事故，似乎又在敲響警鐘——這個(gè)給人們生活帶來(lái)便利的東西看起來(lái)并不是想象中的那么安全。是制造商放松了品質(zhì)管理了?研發(fā)者對(duì)電池某種要素進(jìn)行了改變?還是人們重視儲(chǔ)電量而輕視了安全性?
一個(gè)手機(jī)鋰電池內(nèi)含鋰金屬不足5g，一輛最初始的電動(dòng)微轎，若儲(chǔ)電30kwh以上，其電池組內(nèi)含鋰金屬約50kg左右，手機(jī)電池的爆炸尚會(huì)令人談虎色變，一組微轎電池若發(fā)生萬(wàn)一，后果不可想象。
中國(guó)曾發(fā)生過(guò)鋰電池裝在電動(dòng)車(chē)輛上后，停放于車(chē)庫(kù)，晚間突然起火，連同整車(chē)一起化為灰燼的情況，幾個(gè)月前亦曾有混合動(dòng)力大客車(chē)發(fā)生自燃現(xiàn)象，只是發(fā)現(xiàn)和處置得早，才未釀大害。顯然，居安思危、未雨綢繆，是電池、電動(dòng)汽車(chē)業(yè)者的責(zé)任。
事實(shí)上，鋰電池存在爆炸的安全隱患，原因眾多，有待破解，但顯然都與其自身的構(gòu)成要素脫不了干系。
通常一塊鋰電池正極、負(fù)極、隔膜、電解質(zhì)、單體外包裝等五大要素組成。當(dāng)年，索尼公司研制成功的第一批商用鋰電池，其正極由鋰的化合物鈷酸鋰制成，但由于鈷屬于稀有金屬，后來(lái)多采用錳、鐵、釩、鎳等以及高分子合成材料，甚至以空氣作為電極之媒介，不同的正極材料，其能量、安全性、工作電壓各異。
負(fù)極由石墨及各種混合、合成、復(fù)合材料擔(dān)當(dāng)。石墨分子的空間，是供鋰離子儲(chǔ)存的空間格子。
充電時(shí)，正極的鋰離子絕大部分轉(zhuǎn)移至負(fù)極的空格內(nèi)，當(dāng)負(fù)極上鋰離子過(guò)度積聚到一定極限，鋰離子就會(huì)溢出，生成枝狀晶體，這些晶體生長(zhǎng)蔓延，刺破隔膜，使正負(fù)極接觸，于是短路就發(fā)生了，此時(shí)的短路會(huì)瞬間釋放出大量的熱，使容易發(fā)熱的和燃燒的電解質(zhì)沸騰起來(lái)，最終爆炸，稱為“熱失效”。此外高溫、刺穿、擊穿、金屬屑連通以及車(chē)輛碰撞造成對(duì)電池的擠壓都成為正負(fù)極短路出現(xiàn)熱失效的原因。
因此，盡管現(xiàn)在一些采用固體聚合物作為電解質(zhì)的鋰電池，因不會(huì)漏液降低了爆炸的可能性，但由于鋰電池是通過(guò)內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)將外界充進(jìn)的電轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)藏到電池，同樣通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為輸出的電能，這樣的過(guò)程會(huì)產(chǎn)生溫度，一旦溫度過(guò)高，危險(xiǎn)性也就隨之而來(lái)。
更何況鋰電池本身具有自放電的特征，即在電池外界不充、不放的條件下，它內(nèi)部正在進(jìn)行程度快慢不一的化學(xué)反應(yīng)，電池性能優(yōu)異的自放電率低，反之則“自放電率”很高。這種內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)會(huì)使得一部放在桌子上的音樂(lè)播放器在關(guān)機(jī)狀態(tài)發(fā)生自爆炸。
充電放熱、放電吸熱是鋰電池的一個(gè)特征，但有時(shí)候充電太快也會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，這是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)來(lái)不及將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，放電時(shí)電池升溫則是化學(xué)能來(lái)不及轉(zhuǎn)化成電能所致，因此充電時(shí)一般由管理系統(tǒng)而無(wú)恙，但放電時(shí)反而會(huì)出問(wèn)題。
基于這樣的原理，鋰電池放電的電流不宜太大，若電流太大、持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)或許會(huì)使化學(xué)反應(yīng)劇烈而升溫發(fā)熱，乃至起火爆炸。
事實(shí)上，現(xiàn)在宣傳的有關(guān)于鋰電池能快充電、快放電的概念，是相對(duì)鉛酸電池等快一點(diǎn)而已，但若超出鋰電池充放電之極限，危險(xiǎn)也許就在不遠(yuǎn)處潛伏。
至于鋰電池到底合適多大電流放電，應(yīng)由實(shí)際來(lái)定，但對(duì)于汽車(chē)行駛工況而言，瞬間大電流放電是常事，這對(duì)鋰電池來(lái)說(shuō)是個(gè)考驗(yàn)。
現(xiàn)在，充放電的過(guò)程是可控的，可以通過(guò)制造工藝、金屬粉末、灰塵、人工等降低危險(xiǎn)性，但電池內(nèi)自身化學(xué)反應(yīng)目前尚難以控制。
由此看來(lái)，鋰電池在使用過(guò)程中，是一個(gè)微型“活火山”，報(bào)廢后的鋰電池似乎是一個(gè)“死火山”。報(bào)廢后只要不解拆解體，“五大要素”齊全，其化學(xué)反應(yīng)便不會(huì)中斷，只是程度降低，因此電池回收站將鋰電池單獨(dú)封存，視其為危險(xiǎn)物品。
在分析了鋰電池的原理、產(chǎn)生故障的因素之后，研發(fā)者、制造商需要認(rèn)清鋰電池天使與魔鬼的雙重面孔，并需要找到一種辦法，將安全隱患降到最低。
如舞臺(tái)虎獅表演，必須由馴獸師來(lái)指揮，目前鋰電池之“獸性”尚未被人們弄清與掌握，在應(yīng)用于大容量?jī)?chǔ)電及車(chē)輛運(yùn)行惡劣工況之條件下須慎重應(yīng)對(duì)。
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